На правах рекламы:
ISSN 0236-235X (P)
ISSN 2311-2735 (E)

Авторитетность издания

ВАК - К1
RSCI, ядро РИНЦ

Добавить в закладки

Следующий номер на сайте

3
Ожидается:
16 Сентября 2024

Статьи журнала №1 2024

1. Software emulator of quantum algorithms for sophisticated simulation on a conventional computer [№1 за 2024 год]
Авторы: Ulyanov S.V. (ulyanovsv46_46@mail.ru) - Государственный университет «Дубна» – Институт системного анализа и управления, Объединенный институт ядерных исследований – лаборатория информационных технологий (профессор), доктор физико-математических наук; Ulyanov V.S. (ulyanovik@mail.ru) - Московский государственный университет геодезии и картографии (МИИГАиК) (доцент), кандидат технических наук;
Abstract: A quantum software engineering platform includes quantum computing methods, a quantum algorithm theory and quantum programming. These areas develop according to a technological structure of nanotechnology development for hardware design of various configurations. In about 10 to 30 years we expect the appearing of an industrial quantum computer for real software engineering; this fact is due to overcoming a number of technological difficulties in implementing hardware, as well as the fundamental difficulty of eliminating decoherence physical phenomenon and correcting errors in quantum computers in near future. A key question in quantum computing is searching for quantum algorithms that potentially have a significant advantage and supremacy over classical algorithms for problems of practical interest. Therefore, currently, an approach is being developed to create quantum algorithm structures for quantum simulators with the possibility of effective implementation on classical architecture computers. This paper proposes an effective modelling method with information analysis of quantum search and decision-making algorithm structures in order to eliminate redun-dancy in practical implementation of a simulator on a classical structure computer. As an example, we demonstrate the method of modeling Grover's quantum search algorithm with stopping the search for a good solution based on the Shannon information entropy minimum principle. There are modeling examples to demonstrate the effectiveness of the developed approach in quantum software engineering and intelligent control robotics.
Аннотация: Платформой квантовой программной инженерии являются методы квантовых вычислений, теория квантовых алгоритмов и квантовое программирование. Развитие этих направлений зависит от технологической структуры разработки нанотехнологий для аппаратного оформления различных конфигураций. Промышленный квантовый компьютер для реальной программной инженерии ожидается примерно через 10–30 лет, и это связано с преодолением ряда технологических трудностей при реализации аппаратных средств, а также с фундаментальной трудностью устранения физического явления декогеренции и коррекции ошибок в квантовых компьютерах ближайшего будущего. Открытым ключевым вопросом в квантовых вычислениях является поиск квантовых алгоритмов, потенциально обладающих значительным преимуществом и превосходством над классическими алгоритмами для задач, представляющих практический интерес. Поэтому на современном этапе разрабатывается подход к созданию структур квантовых алгоритмов для квантовых симуляторов с возможностью эффективной реализации на компьютерах с классической архитектурой. В данной статье предложен эффективный метод моделирования с информационным анализом структур квантовых алгоритмов поиска и принятия решений с целью устранения избыточности для практической реализации симулятора на компьютере с классической структурой. В качестве при-мера продемонстрирован метод моделирования алгоритма квантового поиска Гровера с остановкой поиска хорошего решения на основе принципа минимума информационной энтропии Шеннона. Приведены примеры моделирования принятия решений, демонстрирующие эффективность разработанного подхода в квантовой программной инженерии и интеллектуальной управляющей робототехнике.
Keywords: termination criteria, minimum of Shannon information entropy, quantum simulator, quantum computing, quantum software engineering, a quantum algorithm, software emulator
Ключевые слова: критерий останова, минимум информационной энтропии шеннона, квантовый симулятор, квантовые вычисления, квантовая программная инженерия, квантовый алгоритм, программный эмулятор
Просмотров: 710

2. Анализ времени выполнения теста неравенства Белла для поиска информации [№1 за 2024 год]
Авторы: Альдарф Алаа (aaldarf@itmo.ru) - Университет ИТМО, Аспирант ; Шакер Алаа (alaashaker@itmo.ru) - Университет ИТМО, Аспирант ; Бессмертный И.А. (bia@cs.ifmo.ru) - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики (Университет ИТМО) (профессор), доктор технических наук;
Аннотация: Тест неравенства Белла повышает эффективность поиска информации и работы поисковых систем. Он упорядочивает полученные результаты на основе связей между словами, приоритезируя соответствующие ответы. Однако временные характеристики этого метода остаются неизученными, поскольку он работает медленнее метода TF-IDF. Методология исследования включает проведение экспериментов для анализа времени выполнения теста Белла и изучение различных аспектов самого теста и его компонентов. Эксперименты показывают, что вычисление матрицы HAL занимает значительную часть общего времени теста Белла, превышая 80 %. В работе также рассматривается использование библиотеки CuPy на графических процессорах для ускорения вычислений матрицы HAL, в результате выявлены лишь ограниченные преимущества ускорения на GPU из-за накладных расходов на передачу данных. В статье также представлен метод «сохранить и восстановить», который предполагает предварительное вычисление и сохранение матрицы HAL в БД с целью сокращения времени выполнения будущих запросов. Эффективность этого метода продемонстрирована на текстах с множеством повторяющихся слов, что приводит к более быстрому выполнению запросов по сравнению с повторным вычислением матрицы HAL для каждого запроса. Исследование имеет практическое значение для разработки эффективных систем поиска информации в реальном времени. Определяя основные компоненты, требующие много времени для выполнения теста Белла, особенно вычисление матрицы HAL, исследование выявляет потенциальные области для оптимизации и улучшения скорости и производительности поиска. Кроме того, внедренный метод «сохранить и восстановить» предлагает полезную стратегию для оптимизации систем поиска информации с текстами, содержащими повторяющийся контент.
Abstract: The Bell inequality test enhances information retrieval and search engine efficiency. It orders retrieved results based on word relationships while prioritizing relevant outcomes. However, its time aspect remains unexplored since it is slower than the TF-IDF method. The research methodology of this work involves conducting experiments to analyze the time of the Bell test and exploring various aspects of the Bell test and its components. The experiments demonstrate that the HAL matrix computation constitutes a significant part of the total Bell test time exceeding 80%. The study also examines the use of the CuPy library on GPUs to accelerate HAL matrix calculations, which reveals that the benefits of GPU acceleration are limited due to data transfer overheads. Additionally, this work introduces the “save and restore” method, which involves precomputing and storing the HAL matrix in a database in order to reduce the time required for future queries. The effectiveness of this method is demonstrated for texts containing numerous repeated words that results in faster execution times compared to recalculating the HAL matrix for each query. The research holds practical significance for developing efficient and real-time IR systems. When identifying the major time-consuming components of the Bell test, particularly the the HAL matrix computation, the study points to potential areas for optimization and improvement in search speed and performance. Moreover, the introduced “save and restore” method provides a useful strategy for optimizing IR systems with texts containing repetitive content.
Ключевые слова: тест неравенства Белла, поиск информации (IR), матрица HAL, библиотека CuPy (CUDA python), библиотека NumPy, графический процессор (GPU), центральный процессор (CPU)
Keywords: Bell Inequality Test, Information Retrieval (IR), Hyperspace Analog Language (HAL), CuPy (CUDA Python), NumPy library, Graphics Processing Unit (GPU), Central Processing Unit (CPU)
Просмотров: 554

3. Структура сетевой многоуровневой компьютерной модели в формате метода компонентных цепей для реализации сетевых виртуальных лабораторий [№1 за 2024 год]
Авторы: Болденков А.С. (bessmertny@itmo.ru) - Университет ИТМО (профессор), доктор технических наук; Ганджа Т.В. (gandgatv@gmail.com) - Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (доцент), кандидат технических наук; Дмитриев В.М. (gandgatv@gmail.com) - Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники (профессор), доктор технических наук;
Аннотация: В статье представлены проектирование архитектуры и принцип работы распределенной компьютер-ной лаборатории для дистанционного моделирования физических процессов, а также применение инструмента для дистанционного обучения с использованием веб-технологий. Компьютерная модель формируется в формате метода компонентных цепей, обеспечивая гибкость в процессе моделирования. Ее структура, основанная на методе многоуровневого компьютерного моделирования, включает в себя визуальный уровень, на котором расположены средства визуализации и используется интерактивное взаимодействие, логический уровень, где находится непосредственно сам алгоритм проведения эксперимента, и объектный уровень, содержащий модель исследуемого объекта в формате компонентной цепи с подключенными моделями исполнительных и измерительных устройств. Архитектура предполагает наличие клиент-серверного соединения для обмена данными по сети Интернет. Предлагается разработать кроссплатформенное приложение, представляющее собой веб-конфигуратор, включающий библиотеку визуальных компонентов (цифровой индикатор, стрелочник, бегунок и т.д.). Для реализации сетевого взаимодействия между сервером и клиентскими приложениями используются специальные сетевые компоненты Приемник и Передатчик. Для соединения клиентских и серверной частей сетевой компьютерной модели использованы компоненты, разработанные в рамках развития отечественной среды моделирования МАРС. Практическая значимость предлагаемого решения заключается в организации многопользовательских сетевых виртуальных лабораторий и в уникальном объединении дистанционного обучения и компьютерного моделирования, что значительно упрощает процесс обучения и повышает его эффективность. Представленная структура подходит и для реализации сетевых многопользовательских тренажеров при подготовке специалистов различных технических направлений, и для проведения дистанционных экспериментов с использованием одного физического тестового стенда.
Abstract: The paper presents the architecture design and operation principle of a distributed computer laboratory for remote modeling of physical processes, as well as the application of a tool for distance learning using web technologies. The computer model is formed in terms of the component circuit method and provides flexibility in the modeling process. Its structure is based on the multilevel computer simulation method. It includes a visual level with visualization tools and interactive communication, a logical level that has the experiment algorithm itself, and an object level containing a model of the object under study as a component circuit with connected models of actuators and measuring devices. The architecture assumes a client-server connection for data exchange over the Internet. The paper proposes to develop a cross-platform application that is a web configurator including a library of visual components (digital indicator, pointer, slider, etc.). Special network components Receiver and Transmitter enable network interaction between a server and client applications. Client and server parts of the network computer model are connected via components developed within the development of the Russian MARS modeling environment. The practical significance of the proposed solution is in organizing multi-user network virtual laboratories and a unique combination of distance learning and computer modeling, which in turn simplifies the learning process and increases its efficiency. The presented structure is suitable both for implementing network multi-user simulators to train different technical specialists and for conducting remote experiments using one physical test bench.
Ключевые слова: многоуровневая компонентная цепь, веб-конфигуратор, дистанционное обучение, компьютерная лаборатория, сервер, клиент, среда моделирования МАРС
Keywords: multilevel component chain, web configurator, distance education, computer lab, server, client, MARS modeling environment
Просмотров: 651

4. Автоматическое конфигурирование маршрутизаторов для управления настройками сетевой инфраструктуры [№1 за 2024 год]
Авторы: Фаткиева Р.Р. (rikki2@yandex.ru) - Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) (доцент), кандидат технических наук; Судаков А.С. (asudakov.mail@gmail.com) - Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина), Аспирант ;
Аннотация: Современная сетевая инфраструктура включает в себя различные уровни и типы устройств, а также разнообразные протоколы и службы взаимодействия между ними. Это создает сложность в управлении и первоначальном конфигурировании устройств. При массовой настройке однотипных устройств увеличивается вероятность возникновения ошибки. Автоматическое конфигурирование большого количества сетевых устройств позволяет облегчить задачу администрирования, снизить вероятность ошибок и сократить время при развертывании большого количества узлов сети. В данной работе рассмотрены существующие подходы к конфигурированию сетевых устройств. Представлен разработанный метод автоматизации процесса конфигурирования маршрутизаторов с использованием теории конечных автоматов. Показано, что в контексте автоматической конфигурации маршрутизаторов конечные автоматы можно использовать для представления различных состояний и действий, которые могут возникнуть в процессе конфигурирования. Это позволяет разработать систему автоматизации процесса первоначальной настройки сетевой инфраструктуры. На базе представленного метода сформированы алгоритмы для автоматического обнаружения маршрутизаторов и их настройки, а также метод сбора информационных сообщений, появляющихся в процессе настройки устройства. Разработан программный комплекс в виде веб-приложения, позволяющий уменьшить время развертывания сетевой инфраструктуры. На практическом примере показана возможность поиска устройств в сети, анализа производителя оборудования по MAC-адресу, удаленного подключения к нему и автоматического конфигурирования маршрутизаторов компании MikroTik. Разработанный программный комплекс может быть использован для быстрой и удобной настройки маршрутизаторов в средних и больших организациях.
Abstract: Modern network infrastructure includes various layers and types of devices, as well as a variety of protocols and services for interaction between devices. This complicates their management and first-time configuration. Mass configuration of the same type of devices enhances the likelihood of errors during their configuration. Automatic configuration of network devices facilitates the administration task, reduces the likelihood of errors and time for deploying a large number of network nodes. The paper considers existing approaches to configuring network devices. It presents a method of auto-mating the process of configuring routers using the theory of finite automata. It is shown that in terms of automatic configuration of routers, finite automata can be used to represent various states and actions that may occur during a configuration process. This allows developing an automated system responding to changes and events in the network, adapting to new conditions. The presented method is a base for algorithms of automatic detection of routers, their configuration and a method for collecting information messages that occur during device configuration. There is also a developed software package represented by a web application, which allows reducing the time of network infrastructure deployment. A practical example shows the ability to search for devices in the network, to analyze the equipment manufacturer by MAC address, remotely connect to it and automatically configure MikroTik routers. The developed software package can be used for quick and easy configuration of routers in medium and large organizations.
Ключевые слова: конфигурирование, маршрутизатор, конечный автомат, сетевая инфраструктура, настройки сети, алгоритм
Keywords: configuration, router, state machine, network infrastructure, network settings, algorithm
Просмотров: 574

5. Синхронный режим распределенных вычислений при непрерывном выполнении блоков ограниченного числа копий программного ресурса [№1 за 2024 год]
Авторы: Павлов П.А. (pavlov.p@polessu.by) - Полесский государственный университет, Беларусь, г. Пинск (доцент), кандидат физико-математических наук; Коваленко Н.С. (kovalenkons@rambler.ru) - Белорусский государственный экономический университет, г. Минск (профессор), доктор физико-математических наук;
Аннотация: При создании многопроцессорных распределенных вычислительных систем особую актуальность приобретают задачи построения и исследования математических моделей организации взаимодействия процессов, конкурирующих за программный ресурс. В связи с этим интерес представляют задачи распределенных вычислений, связанные с получением математических соотношений, которые могут иметь как прямой, так и обратный характер. При постановке прямых задач условиями являются значения параметров многопроцессорной системы, а решением – минимальное общее время реализации заданных объемов вычислений. Постановка обратных задач сводится к расчету характеристик многопроцессорных систем, поиску критериев эффективности и оптимальности организации выполнения множества распределенных конкурирующих взаимодействующих процессов. При построении и исследовании математических моделей и задач оптимальной организации распределенных процессов широко применяется аппарат теории графов, линейных диаграмм Ганта, теории расписаний, комбинаторной оптимизации, алгебры матриц и др. В работе построена математическая модель распределенных вычислений, решены задачи нахождения минимального времени выполнения неоднородных процессов, конкурирующих за использование ограниченного числа копий программного ресурса в синхронном режиме в случаях неограниченного и ограниченного параллелизма по числу процессоров многопроцессорной системы. При этом использованы идеи структурирования программного ресурса на линейно-упорядоченные блоки с их последующей конвейеризацией по процессам и процессорам многопроцессорной системы.
Abstract: When creating multiprocessor distributed computing systems, the problems of constructing and investigating mathematical models for organizing the interaction of processes competing for a software resource are of particular relevance. In this connection, distributed computing tasks related to obtaining mathematical relations, which can have both direct and inverse character, are of interest. When setting direct problems, the conditions are the values of multiprocessor system parameters, the solution is the minimum total time for making given volumes of calculations. The formulation of inverse problems is reduced to calculating multiprocessor system characteristics, searching for criteria of efficiency and optimality of organizing the execution of a set of distributed competing interacting processes. The apparatus of graph theory, linear Gantt diagrams, schedule theory, combinatorial optimization, matrix algebra, etc. is widely used when constructing and studying mathematical models and problems of optimal organization of distributed processes. This paper shows a constructed mathematical model of distributed computations, solves the problems of finding the minimum execution time of heterogeneous processes competing for using a limited number of program resource copies in a synchronous mode in cases of unlimited and limited parallelism in the number of processors of a multiprocessor system. It also uses the ideas of structuring a program resource into linearly ordered blocks with their further conveying by processes and processors of a multiprocessor system.
Ключевые слова: синхронный режим, распределенные вычисления, структурирование, конвейеризация, программный ресурс, диаграмма Ганта, функционал Беллмана–Джонсона
Keywords: synchronous mode, distributed computing, the structurization, pipelining, the program resource, Gantt diagram, Bellman-Johnson functional
Просмотров: 521

6. Моделирование информационных процессов систем управления большими данными для решения задач кибербезопасности [№1 за 2024 год]
Авторы: Полтавцева М.А. (maria.poltavtseva@ibks.icc.spbstu.ru) - Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого (доцент), кандидат технических наук; Зегжда Д.П. (dmitry@ibks.spbstu.ru) - Институт кибербезопасности и защиты информации, СПбПУ Петра Великого (профессор, чл.-корр. РАН, директор), доктор технических наук;
Аннотация: Несовершенство классических моделей безопасности при их приложении к реальным системам обусловило развитие обратного подхода: моделирование систем различного класса для последующего дополнения их атрибутами безопасности. Решение задач обеспечения защищенности распределенных систем на основе таких моделей является сегодня динамически развивающейся областью научного знания. Данная статья посвящена моделированию гетерогенных систем управления большими данными для решения задач кибербезопасности. Авторы выделяют и учитывают такие ключевые особенности рассматриваемого класса систем, как использование гетеро-генных структур данных и ограничение инструментов манипулирования данными прежде всего в отношении грануляции функций безопасности при их реализации. Предложена новая графовая модель системы управления большими данными с использованием обобщенных операций над ними: объединение, разделение и преобразование. Вершины графа представляют собой структурированные фрагменты данных, а дуги – операции по их обработке вне зависимости от конкретного инструмента и типа преобразования. В отличие от аналогичных решений модель за счет обобщенных операций позволяет учесть преобразования данных внутри инструментов обработки, а также при передаче информации между ними, обеспечивая комплексное представление процесса обработки информации на уровне инженерии данных. Особенностью модели является и высокая степень возможности автоматизации ее построения на базе конкретной системы больших данных, что способствует поддержанию адекватности при эволюционных изменениях объекта моделирования. Представленная модель способствует решению широкого круга задач в области безопасности крупномасштабных гетерогенных систем управления большими данными, таких как контроль доступа, аудит, оценка защищенности. В качестве примера в работе показано использование предложенной модели для автоматизации анализа политик безопасности в данном классе систем.
Abstract: The imperfection of classical security models when applied to real systems has led to developing a reverse approach: modeling systems of different classes to subsequently supplement their models with security attributes. Nowadays solving distributed system security problems based on such models is a dynamically developing area of scientific knowledge. The paper considers modeling of heterogeneous big data management systems for solving modern cybersecurity problems. The authors identify and take into account such key features of the system class under consideration as using heterogeneous data structures and limitations of data manipulation tools, primarily with respect to the granularity of security functions during implementation. The paper proposes a graph model of a big data management system using generalized operations on data: merge, split and transform. Graph vertices represent structured data fragments, the arcs represent their processing operations regardless of a specific tool and a transformation type. Due to generalized operations, the model allows taking into account data transformations both within processing tools and when transferring information between them; it provides a comprehensive representation of information processing at the data engineering level. A special feature of the model is its construction automation based on a specific big data system, which helps maintaining adequacy during evolutionary changes in the modeled object. The presented model allows solving a wide range of problems in the field of security of large-scale heterogeneous systems, such as access control, auditing, security assessment. As an example, the paper shows how use the proposed model to automate the analysis of security policies in this class of systems.
Ключевые слова: большие данные, системы управления данными, субд, моделирование, моделирование данных, защита информации, кибербезопасность
Keywords: big data, data management systems, DBMS, modeling, data modeling, security of the information, cybersecurity
Просмотров: 622

7. Программная реализация алгоритмов диагностирования электрооборудования (на примере анализа характера гармонических колебаний) [№1 за 2024 год]
Авторы: Колоденкова А.Е. (anna82_42@mail.ru) - Самарский государственный технический университет (доцент, зав. кафедрой «Информационные технологии»), доктор технических наук; Верещагина С.С. (werechaginass@mail.ru) - Самарский государственный технический университет (старший преподаватель кафедры «Информационные технологии»);
Аннотация: В статье предлагаются алгоритмы выбора параметров электрооборудования и поиска отклонений значений гармонических колебаний, а также мероприятия по предотвращению неисправностей оборудования для комплексного диагностирования в условиях множества разнородной информации. Алгоритм выбора параметров электрооборудования основан на классификации параметров по характеру и степени их влияния на оборудование с использованием БЗ, содержащей продукционные правила о типах и влиянии параметра на оборудование (основ-ной, дополнительный, вспомогательный), а также БД (данные о выходе из строя оборудования, данные с приборов и датчиков). Предлагаемый алгоритм позволяет классифицировать и выбирать наиболее важные диагностические параметры, влияющие на состояние электрооборудования, тем самым отклоняя незначимые параметры без потери информации. Алгоритм поиска отклонений значений гармонических колебаний позволяет определить не только время возникновения отклонения параметра, но и суммарное время отклонения с целью выявления причин возникновения гармонических колебаний. Рассматриваются структура программной системы диагностики электрооборудования с описанием взаимосвязанных модулей, где связующими звеньями являются БД и БЗ, а также экранные формы интерфейса системы. Разработанная программная система позволяет по выбранному типу параметра электрооборудования подбирать методы его диагностирования, мероприятия по предотвращению неисправностей оборудования, обнаруживать неисправность, нестабильность работы оборудования, приводящие к увеличению, например, гармоник напряжения, а также низкое качество электроэнергии. Внедрение на производстве предложенного подхода к диагностированию электрооборудования позволит принять научно обоснованное решение относительно выбора параметров для дальнейшего диагностирования с учетом множества разнотипной информации, провести более глубокое диагностирование и тем самым выявить неисправности в оборудовании.
Abstract: The paper proposes an algorithm for selecting electrical equipment parameters, an algorithm for searching deviations of harmonic oscillation values, as well as measures for preventing equipment malfunctions in complex diagnostics under conditions of multiple heterogeneous information. The algorithm for selecting electrical equipment parameters is based on classifying parameters by a character and degree of their impact on the equipment using a knowledge base containing product rules about the types and impact of a parameter on the equipment (basic, additional, auxiliary), as well as a database (equipment failure data, data from devices and sensors). The proposed algorithm allows classifying and selecting the most important diagnostic parameters affecting the state of electrical equipment; thus, it rejects insignificant parameters without information loss. The algorithm for searching deviations of harmonic oscillation values allows not only determining the time of a parameter deviation occurrence, but also the total deviation time in order to identify the causes of harmonic oscillations. The authors consider the structure of the program system of electrical equipment diagnostics with the description of interconnected modules, which have a database, a knowledge base and system interface screen forms as connecting links. The developed software system allows selecting methods of electrical equipment diagnostics, measures to prevent equipment malfunctions according to the selected type of its parameter; detecting malfunction, instability of equipment operation that results in an increase in voltage harmonics, for example, as well as poor power quality. Implementing the proposed approach to diagnostics of electrical equipment in production will allow making a scientifically sound decision regarding the choice of parameters for further diagnostics taking into account a variety of different information types. It will allow conducting deeper diagnostics and thereby identifying equipment failure.
Ключевые слова: алгоритм выбора параметров, алгоритм поиска отклонений значений гармонических колебаний, база данных, база знаний
Keywords: parameter selection algorithm, algorithm for searching deviations of harmonic oscillation values, database, knowledge base
Просмотров: 492

8. Интеллектуальная система анализа транспортных потоков в автоматизированных системах управления дорожным движением [№1 за 2024 год]
Авторы: Хусаинов Р.М. (rumil_husainov98@mail.ru) - Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ, Аспирант ; Талипов Н.Г. (nafis.talipov@mail.ru) - Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ (доцент), кандидат технических наук; Катасёв А.С. (ASKatasev@kai.ru) - Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ (профессор), доктор технических наук; Шалаева Д.В. (dvshalaeva@bk.ru) - Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ, Магистрант ;
Аннотация: В статье представлены результаты разработки интеллектуальной системы анализа транспортных потоков. Для ее создания использованы математические расчеты траектории движения, скорости, определение инцидентов и сбор статистики, объектно-ориентированное программирование. Исходными данными являются изображения, взятые из записей камер видеонаблюдения, загруженных в сеть Интернет. Для соответствия нейронной сети YOLOv3 кадры видеопотока имеют разрешение 1 280720 и масштаб 16:9. Разработанная функциональная модель отображает структуру и функции интеллектуальной системы, а также потоки информации и материальных объектов, связывающих эти функции. Рассмотрены примеры работы системы анализа транспортного потока и выполнения поставленных задач, а также возможности ее дальнейшего применения. Проверка работы интеллектуальной системы и результаты ее использования для анализа транспортных потоков, прогнозирования и выявления инцидентов показали эффективность разработанного ПО и пригодность системы к решению поставленных задач. В ходе работы системы распознаны следующие объекты: автомобиль, грузовик, мотоцикл, велосипед, пешеход, а также такие инциденты, как ДТП, остановка, скопление машин, пробка. Достоверность (верное распознавание объектов транспортного потока) результатов исследования как собственных (подготовленных) видеоданных, так и загруженных из сети Интернет в интеллектуальной системе управления дорожным движением составила 85–90 %. Полученные результаты использованы для эффективного управления транспортными потоками, повышения пропускной способности улично-дорожной сети, предотвращения автомобильных заторов, уменьшения задержек в движении транспорта, повышения безопасности дорожного движения, оптимизации перевозочного процесса, ин-формирования участников дорожного движения о дорожно-транспортной ситуации и вариантах оптимального маршрута движения, обеспечения бесперебойного движения наземного городского пассажирского транспорта.
Abstract: The paper presents the results of developing an intelligent system for analyzing traffic flows. The system development process involved mathematical calculations of a motion trajectory, speed, determining incidents and collecting statistics, and object-oriented programming. The source data are images taken from CCTV footage uploaded on the Internet. To match the YOLOv3 neural network, the video stream frames have a resolution of 1280720 and a scale of 16:9. The developed functional model reflects the intelligent system structure and functions, as well as the flows of information and material objects that link these functions. The paper considers examples of system operation and fulfillment of assigned tasks, as well as possibilities for further application of the developed traffic flow analysis system. Checking the intelligent system operation, as well as the results of its use for analyzing traffic flows, predicting and identifying incidents showed the effectiveness of the developed software and the practical suitability of the intelligent system for solving tasks. During operation, the system recognized the following objects: a car, a truck, a motorcycle, a bicycle, a pedestrian. It also recognized such incidents as traffic accidents, a stop, a congestion of cars, a traffic jam. According to the results of testing the implemented intelligent system using authors’ (prepared) video data and video data downloaded from the Internet, the reliability of the study results (correct recognition of traffic flow objects) in the intelligent traffic control system was 85–90 %. The results obtained were used to effectively manage traffic flows, increase the capacity of the road network, prevent traffic congestion, reduce delays in traffic, improve traffic safety, optimize the transportation process, inform road users about a traffic situation and options for an optimal route, ensuring the uninterrupted movement of ground urban passenger transport.
Ключевые слова: интеллектуальная система, функциональная модель, распознавание объектов, нейронная сеть, транспортный поток, дорожно-транспортное происшествие, кадр, дорожное движение, видеопоток
Keywords: intellectual system, functional model, object recognition, neural network, traffic flow, traffic accidents, frame, traffic flows, video stream
Просмотров: 572

9. Информационная поддержка принятия решений при мониторинге состояния криогенного оборудования [№1 за 2024 год]
Авторы: Солдатов Е.С. (volshebnoekoltso@mail.ru) - Санкт-Петербургский федеральный исследовательский центр РАН (старший научный сотрудник), кандидат технических наук;
Аннотация: В статье рассмотрены вопросы информационной поддержки принятия решений при мониторинге состояния криогенного оборудования в интересах повышения безопасности и снижения потерь криогенного продукта в процессе его эксплуатации. Современные системы поддержки принятия технических и организационных решений в процессе мониторинга состояния криогенного емкостного оборудования не лишены недостатков. Так, не решена проблема получения в режиме реального времени информации о прогнозируемом времени хранения криогенного продукта с учетом технического состояния сосудов, изменяющихся условий окружающей среды и режимов эксплуатации. Данное исследование выполнено с применением методов структурного системного анализа, программной инженерии, вычислительной гидродинамики и теории надежности. Основным результатом является архитектура системы поддержки принятия решений в процессе мониторинга состояния криогенного оборудования, подключенного к единой беспроводной сети передачи данных. Функционал системы заключается в обеспечении удаленного мониторинга состояния криогенного емкостного оборудования, в том числе с возможностью на основе результатов компьютерного моделирования и статистических данных прогнозировать время бездренажного хранения криогенного продукта. Диспетчерский центр мониторинга организован в соответствии с концепцией цифрового двойника. Такой двойник использует компьютерные модели криогенного оборудования при организации его двустороннего информационного взаимодействия с объектом мониторинга. С применением разработанной системы поддержки принятия решений обеспечиваются своевременное оповещение ответственных лиц о потенциально опасных и аварийных ситуациях, накопление статистической информации о процессе бездренажного хранения криогенного продукта. В работе представлена принципиальная схема автономного устройства телеметрии транспортного криогенного оборудования на базе модуля телеметрии дальнего радиуса действия и маломощных автономных модулей телеметрии стационарного и транспортного криогенного оборудования, используемых в современных сенсорных сетях. Практическая значимость полученных результатов заключается в обеспечении возможности своевременного принятия превентивных мер по предотвращению потерь криогенного продукта в процессе хранения с недопустимостью возникновения взрывопожароопасных ситуаций.
Abstract: The article discusses the issues of information support for decision making when monitoring the condition of cryogenic equipment to increase safety and reduce cryogenic product losses during its operation. The main disadvantage of technical and organizational decision-making support systems, which are currently used in monitoring the condition of cryogenic capacitive equipment, is an inability to obtain real-time information about the predicted storage time of a cryogenic product taking into account the technical condition of the vessels, changing environmental conditions and operating modes. During this study, the author used methods of structural systems analysis, software engineering, computational fluid dynamics and reliability theory. The main result is the architecture of a decision support system for monitoring the condition of cryogenic equipment connected to a unified wireless data transmission network. The functionality of the system is to provide remote monitoring of the condition of cryogenic capacitive equipment, including the ability to predict the time of non-drainage storage of a cryogenic product based on the results of computer modeling and statistical data. The monitoring control center is organized according to the digital twin concept, which uses computer models of cryogenic equipment to organize two-way information interaction between a digital twin and a monitoring object. The developed decision support system ensures timely notification of responsible persons about potentially dangerous and emergency situations, as well as the accumulation of statistical information about the process of drainless storage of a cryogenic product. The paper presents a schematic diagram of an autonomous telemetry device for transport cryogenic equipment based on a long-range telemetry module and low-power autonomous telemetry modules for stationary and transport cryogenic equipment used in modern sensor networks. The practical significance of the results obtained is to ensure the possibility of timely adoption of preventive measures to prevent cryogenic product losses during storage and to prevent fire and explosion hazards.
Ключевые слова: система поддержки принятия решений, мониторинг криогенного оборудования, информационная поддержка мониторинга, архитектура системы поддержки принятия решений, дистанционный мониторинг, LoRaWAN, цифровой двойник, беспроводная сенсорная сеть
Keywords: decision support system, monitoring of cryogenic equipment, information support for monitoring, architecture decision support system, remote monitoring, LoRaWAN, digital twin, wireless sensor network
Просмотров: 470

10. Система распознавания, отслеживания и описания поведения муравьев на видеозаписи, сделанной в полевых условиях [№1 за 2024 год]
Авторы: Московская Е.Д. (moscovskayaliza@gmail.com) - Курчатовский комплекс НБИКС-природоподобных технологий, НИЦ «Курчатовский институт» (лаборант-исследователь); Бургов Е.В. (burgov.ev@yandex.ru) - Курчатовский комплекс НБИКС-природоподобных технологий, НИЦ «Курчатовский институт» (начальник группы); Московский А.Д. (strohkopf@fnbic.ru) - Национальный исследовательский университет Московского физико-технического университета (бакалавр); Гревцова Н.А. (grev-natik@yandex.ru) - Курчатовский комплекс НБИКС-природоподобных технологий, НИЦ «Курчатовский институт» (инженер-исследователь), кандидат биологических наук;
Аннотация: Статья посвящена разработке системы распознавания, отслеживания и оценки количественных характеристик поведения муравьев на видеопоследовательностях. Подобное ПО необходимо для биологических исследований, а конкретно – для изучения муравьев (мирмекология). Текущая версия системы ориентирована на расчет динамической плотности особей на территории – количества рабочих муравьев в заданной области за минуту. Рассматриваются видеозаписи, сделанные в полевых условиях на искусственной размеченной поверхности, для определения динамической плотности особей на территории. Для распознавания отдельных особей использован нейросетевой детектор, определяющий положение и ключевые точки муравья, соответствующие его голове и брюшку. По ключевым точкам рассчитывается ориентация объекта в пространстве. Точность определения границ изображений муравьев составила 92 %, а ошибка определения ориентации – 0.4 радиана. За счет определения ориентации объекта для решения задачи отслеживания используется расширенный фильтр Калмана, который учитывает ее в прогнозировании движения. Для решения задачи соотношения данных был применен критерий минимального времени перемещения муравья. Траектории движения муравьев, полученные в процессе работы системы, используются для расчета динамической плотности в произвольной области. Для отсеивания ложноположительных срабатываний детектора в системе отслеживания применяются разработанные эвристики. Благодаря используемым алгоритмам удалось добиться автоматического подсчета динамической плотности с точностью, не уступающей обработке видеозаписи человеком. Полученные результаты позволят значительно облегчить работу мирмекологов с видеозаписями, заменив человеко-часы более дешевыми машино-часами. В дальнейшем система может быть дополнена блоками определения других количественных характеристик движения животных.
Abstract: The work is dedicated to developing a system for recognizing, tracking, and assessing quantitative behavioral characteristics of ants in video sequences. Such software is essential for biological research, specifically for studying ants (myrmecology). The current version of the system focuses on calculating the dynamic density of specimens in a given area, specifically the number of worker ants in a designated region per minute. Determining the dynamic density of ants in an area involves considering videos recorded on artificially marked surfaces in field conditions. Individual ants are recognized using a neural network-based detector that determines their position and key points corresponding to their head and abdomen. The object orientation in space is calculated based on these key points. The accuracy of determining ant boundary images was 92% with an orientation detection error of 0.4 radians. Due to determining object's orientation, we use an extended Kalman filter for tracking; the filter considers the tracking problem in motion prediction. The data correlation problem is solved by a criterion of minimum ant travel time. The ant movement trajectories obtained during the system operation are used to calculate dynamic density in arbitrary regions. The tracking system uses several developed heuristic techniques to reduce false-positive detections. Due to the employed algorithms, automatic calculation of dynamic density has become as accurate as manual video processing by humans. The obtained results will significantly facilitate myrmecologists’ work with video recordings, replacing manhours with more cost-effective machine hours. In the future, the system can be expanded with modules for determining other quantitative characteristics of animal movement.
Ключевые слова: расширенный фильтр Калмана, сверточная нейронная сеть, динамическая плотность особей, муравьи, отслеживание, детектирование
Keywords: extended Kalman filter, convolutional neural network, dynamic density, ants, tracking, detection
Просмотров: 598

| 1 | 2 | Следующая →