Информатика и автоматизация (Труды СПИИРАН) @ia-spcras
Статьи журнала - Информатика и автоматизация (Труды СПИИРАН)
Все статьи: 346
Статья
Накопление небиоразлагаемых твердых отходов в густонаселенных городских районах представляет собой серьезную экологическую проблему. Хотя компьютерное зрение предлагает перспективное решение, современные подходы часто ограничены зависимостью от ограниченных синтетических данных и неспособностью охватить всю сложность реальных условий. Для решения этих ограничений в данной статье представлена система обнаружения объектов в реальном времени для городских неразлагаемых отходов, построенная на оптимизированной архитектуре YOLOv9. В основе работы лежит специально созданный гетерогенный набор данных, состоящий из 6340 аннотированных изображений, который охватывает восемь категорий отходов, включая пластиковые бутылки, банки и блистерные упаковки, в различных городских ландшафтах. Основное архитектурное улучшение заключается в замене исходного бэкбона на новый EfficientViT, который сочетает в себе преимущества многомасштабного извлечения признаков сверточных нейронных сетей с глобальным контекстным пониманием визуальных трансформеров. Такая гибридная архитектура особенно эффективна для обнаружения объектов отходов различных размеров в загроможденных городских средах. Дополнительные улучшения включают использование функции активации SiLU, масштабируемой функции потерь SIoU для точной регрессии ограничивающих рамок и фокальной функции потерь для противодействия дисбалансу классов. Модель, обученная с расширенной аугментацией данных, достигает mAP@0.5 95,1% и F1-меры 0,95 на отложенном тестовом наборе, превосходя все существующие детекторы отходов на основе YOLO. Все восемь классов достигают F1-меры выше 0,93, что свидетельствует о стабильной устойчивости системы даже в загроможденных средах. При работе со скоростью 38 кадров в секунду разработанная система подтверждает свою пригодность для практических применений в реальном времени. Используя передовые возможности YOLOv9 с современным бэкбоном EfficientViT и реалистичным набором данных, предлагаемая сеть устанавливает новый эталон точности и скорости в обнаружении отходов, демонстрируя большой потенциал для интеграции в автоматизированные системы сортировки и переработки.
Бесплатно
Статья
Интерфейс мозг-компьютер представляет собой сложную систему, позволяющую управлять внешними электронными устройствами с помощью активности головного мозга. Эта система включает в себя несколько элементов – устройство считывания сигналов активности головного мозга, аппаратно-программный комплекс, выполняющий обработку и анализ этих сигналов, а также объект управления. Основную сложность представляет разработка методов и алгоритмов, способных правильно распознавать и предсказывать намерения человека, который использует этот интерфейс, чтобы обеспечить решение задач управления. В данной работе описывается математическая постановка задачи управления транспортным средством и предложенная алгоритмическая структура разработанной системы управления. Описываются методы предобработки сигналов ЭЭГ, их анализа, принятия решений о выдаче сигнала управления, описывается структура программной реализации этих методов, а также результаты экспериментальной проверки работоспособности системы. Для классификации сигналов ЭЭГ используются методы машинного обучения. Предложен новый метод классификации в машинном обучении – метод нечетких почти ближайших соседей, являющийся модификацией классического метода k-ближайших соседей и снижающий зависимость решения от выбора параметра k. Алгоритмы обработки сигналов ЭЭГ и управления реализованы на языке программирования Python. В качестве объекта управления рассматривается инвалидное кресло с дистанционным управлением, а в качестве задачи управления – поворот кресла вправо или влево. Для экспериментальной проверки работоспособности разработанной модели и алгоритмов всего было проведено более 15 испытаний c 5 испытуемыми в общей сложности. Разработанный и описанный в данной статье подход и его программная реализация в ходе испытаний продемонстрировали эффективность в задачах управления поворотом инвалидного кресла. Также было уделено особое внимание ресурсоёмкости программной реализации. Методы и алгоритмы были реализованы с учётом требований, возникающих при выполнении вычислений на малопроизводительных устройствах с ограниченным количеством памяти.
Бесплатно
Статья
Время активного существования орбитальных средств на геостационарной орбите, к которым относятся стационарные искусственные спутники Земли различного назначения, может составлять более 15 лет. Вместе с тем в современных условиях наращивания орбитальной группировки возрастает и количество объектов космического мусора, в том числе и на геостационарной орбите: завершившие активное существование спутники, которые по каким-либо причинам не были переведены на орбиту захоронения; осколки спутников, образованные в результате столкновения с метеорами или аварий. Это повышает вероятность столкновения с ними рабочих спутников. Перечисленные факторы обусловливают необходимость рассматривать задачу удержания стационарных искусственных спутников Земли в окрестности точки стояния в условиях недопущения столкновения с объектами космического мусора, при этом затраты рабочего тела не должны существенно возрастать. При проектировании новых космических аппаратов, особенно с большими сроками эксплуатации, особое внимание уделяется рациональному размещению двигателей. Предполагается, что спутники оснащаются несколькими двигателями коррекции, которые позволяют создавать управляющие ускорения только в нескольких направлениях, не меняя ориентации самого спутника. То есть при решении задачи считается, что коррекции параметров орбиты спутника не влияют на его ориентацию. Это условие является жестким ограничением в синтезе управления спутником. В рассматриваемом методическом подходе в качестве функционала от управления задаются затраты рабочего тела, необходимые для совершения очередной коррекции, после которой на интервале глубины прогноза не будет опасных удалений от точки стояния и сближений. Это позволяет избежать ситуаций, когда решение об управлении принимается уже после выхода стационарного спутника за пределы окрестности точки стояния, и прежде всего, сближения с объектами космического мусора на расстояние, меньшее порогового. Представлены результаты моделирования, которые говорят об эффективности предложенных решений. Важным преимуществом является рассмотрение движения стационарного спутника не только относительно точки стояния, но и нескольких других объектов, как управляемых, так и неуправляемых, которые находятся в ее окрестности. При этом количество объектов может быть любым.
Бесплатно
Статья
Обнаружение аномалий на видео с помощью компьютерного зрения все еще нуждается в совершенствовании, особенно при распознавании изображений с необычными движениями или объектами. Современные подходы в основном сосредоточены на методах реконструкции и прогнозирования, а обнаружение аномалий на видео без наблюдения сталкивается с трудностями из-за отсутствия достаточного количества помеченных аномалий, что снижает точность. В этой статье представлена новая структура под названием усовершенствованная UNET (I-UNET), разработанная для противодействия переобучению путем удовлетворения потребности в сложных моделях, которые могут извлекать малозаметную информацию из аномалий на видео. Видеошум можно устранить путем предварительной обработки кадров фильтром Винера. Более того, система использует сверточные слои долго-кратковременной памяти (ConvLSTM) для плавной интеграции временных и пространственных данных в свои части энкодера и декодера, улучшая точность идентификации аномалий. Последующая обработка осуществляется с использованием техники каскадного скользящего окна (CSWT) для идентификации аномальных кадров и генерации оценок аномалии. По сравнению с базовыми подходами, экспериментальные результаты на наборах данных UCF, UCSDped1 и UCSDped2 демонстрируют заметные улучшения производительности, с точностью 99%, площадью под кривой (AUC) 90,8% и равным уровнем ошибок (EER) 10,9%. Это исследование предоставляет надежную и точную структуру для обнаружения аномалий на видео с наивысшим уровнем точности.
Бесплатно
Статья
Повторная идентификация людей (ReID) играет ключевую роль в современном видеонаблюдении, обеспечивая непрерывное отслеживание людей по различным камерам видеонаблюдения и повышая эффективность систем общественной безопасности. Однако повторная идентификация людей на реальных записях камер видеонаблюдения сопряжена с определенными трудностями, включая изменения углов обзора камеры, вариации освещения, частичные окклюзии и схожий внешний вид людей. В этой статье мы предлагаем надежную структуру глубокого обучения, которая использует сверточные нейронные сети (CNNs) с настраиваемой функцией потери триплетов для преодоления этих препятствий и повышения точности повторной идентификации. Система разработана таким образом, чтобы генерировать уникальные векторные представления признаков для отдельных людей, что позволяет точно различать их даже в сложных условиях окружающей среды. Чтобы подтвердить правильность нашего подхода, мы проводим обширные оценки на эталонных наборах данных ReID, достигая передовых результатов как по точности, так и по скорости обработки. Эффективность нашей модели оценивается с использованием ключевых метрик, включая кумулятивную характеристику соответствия (CMC) и среднюю точность (mAP), что демонстрирует ее надежность в различных сценариях наблюдения. По сравнению с существующими методами, наш подход неизменно превосходит их как по точности, так и по масштабируемости, что делает его пригодным для интеграции в крупномасштабные системы видеонаблюдения. Кроме того, мы обсуждаем практические аспекты по внедрению моделей ReID на основе ИИ в инфраструктуру видеонаблюдения, включая масштабируемость системы, возможности работы в режиме реального времени и вопросы конфиденциальности. Совершенствуя методы повторной идентификации людей, эта работа не только вносит вклад в область интеллектуального наблюдения, но и обеспечивает основу для повышения общественной безопасности в реальных приложениях с помощью автоматизированных и надежных возможностей отслеживания.
Бесплатно
Статья
В статье представлен улучшенный вариант Q-обучения для навигации по сетке при наличии препятствий. Основываясь на стандартном табличном Q-обучении, предложены три ключевых улучшения: инициализация Q-таблицы с учетом направления к цели, дающее согласование с целью без необходимости предварительного знания о препятствиях; модифицированная стратегия отжига Больцмана, расширенная включением верхнего доверительного предела «энергии» системы для более сбалансированного и адаптивного отбора направления движения; функция расчета вознаграждения на основе потенциала, дающая более тесную обратную связь для ускорения процесса обучения. Отмеченные улучшения повышают эффективность Q-обучения в условиях относительно редких случаев вознаграждения при достижении цели, что связано с неэффективным исследованием области поиска и медленным формированием значений Q-функции. Экспериментальная проверка на случайно сгенерированных сетках, показала, что предложенный в статье подход обеспечивает более успешные конечные результаты, связанные с отысканием более коротких путей к цели и более быстрой сходимостью в сравнении с известными базовыми методами, такими как стандартное Q-обучение и его вариантами. Описанный в статье подход обеспечивает общую модельно-независимую природу Q-обучения и его достаточно высокую эффективность, что важно для практических приложений в робототехнике и планировании маршрутов движения.
Бесплатно
Статья
В работе представлена модель и результаты моделирования торможения мобильной платформы для использования в качестве инструментального средства при разработке и отладке алгоритмов интеллектуального управления торможением мобильных роботов. В ходе исследования формализована математическая модель динамики торможения платформы и представлена в виде трех составляющих: модель объекта управления и внешней среды, модель движения и алгоритма управления торможением. Посредством настроек модель эмулирует различные параметры и состояния, как объекта управления, так и внешней среды, связывает ключевые параметры движения: расстояние до препятствия, скорость платформы и степень активации системы торможения. В целом модель представляет собой унифицированный цифровой двойник системы торможения колесной платформы, который, посредством настроек, может быть приближен к реальным техническим характеристикам и условиям эксплуатации, позволяя тестировать алгоритмы управления в условиях отсутствия априорной информации об объекте управления и внешней среде. Для демонстрации возможностей инструментального средства использован алгоритм нечеткого контроллера с различными вариантами настроек функций принадлежностей и правил продукций. Результаты моделирования позволяют осуществлять сравнительный качественный анализ плавности и рисков процесса торможения, количественный анализ алгоритмов управления, выявлять уровень устойчивости алгоритмов к различным условиям внешней среды и техническим ограничениям объекта моделирования. Разработанный аппарат модельно-ориентированного проектирования алгоритмов управления торможением позволяет повысить эффективность разработки и первичной валидации алгоритмов в условиях отсутствия конкретных количественных зависимостей параметров в области исследования, сокращая потребность в дорогостоящих натурных испытаниях на ранних этапах разработки.
Бесплатно
Унифицированная речеподобная помеха для средств активной защиты речевой информации
Статья
Рассматривается возможность создания речеподобной помехи для средств виброакустической защиты речевой информации на основе таблиц слогов и слов русского языка. Обосновывается выбор направлений исследований и условий проведения эксперимента: синтез звуковых файлов путем случайной выборки элементов речи из базы данных, исследование спектров синтезированных помех, алгоритм создания помехи типа «речевой хор», исследование автокорреляционных функций синтезированных РП-помех, а также их плотности распределения вероятностей. Показано, что спектральные и статистические характеристики синтезированных речеподобных помех типа «речевой хор» из пяти голосов близки к аналогичным характеристикам реальных речевых сигналов. При этом речевой хор формировался путем усреднения мгновенных значений временных реализаций звуковых файлов. Показано, что спектральная плотность мощности речеподобной помехи типа «речевой хор» практически не изменяется при числе усредняемых «голосов» начиная с пяти. Плотность распределения вероятностей значения речеподобной помехи при увеличении числа голосов в «речевом хоре» приближается к нормальному закону (в отличие от реального речевого сигнала, чья плотность вероятности близка к распределению Лапласа). Оценка автокорреляционной функции показала интервал корреляции в несколько миллисекунд. Проведенные артикуляционные испытания разборчивости речи при использовании синтезированных речеподобных помех с различными отношениями «сигнал/шум» показали возможность снижения интегрального уровня помехи на 12-15 дБ по сравнению с шумоподобной помехой. Построены зависимости словесной разборчивости от интегрального отношения «сигнал/помеха» на основе полиномиальной и кусочно-линейной аппроксимации. Проведена предварительная оценка возможного влияния речеподобных помех на психоэмоциональное состояние человека. Обсуждается направление дальнейших исследований по повышению эффективности алгоритмов формирования речеподобных помех.
Бесплатно
Управление манипулятором подводного робота
Статья
Рассматривается задача приведения конечного эффектора (центра схвата) антропоморфного манипулятора подводного аппарата в заданное положение за заданное время с помощью метода конечного состояния. На основе полученной кинематической модели антропоморфного манипулятора, построенной на основе подхода Денавита – Хартенберга (DH-модель), сформулирована динамическая модель, учитывающая динамику приводов сочленений. DH-модель использована в терминальном нелинейном критерии, отображающем близость ориентации и положения эффектора к заданным значениям. Динамическая модель приспособлена для эффективного применения авторского метода конечного состояния (МКС) и представляет собой систему дифференциальных уравнений для углов поворота звеньев манипулятора вокруг продольных и поперечных осей, правые части которой содержат только искомые МКС-управления. Такая модель позволила существенно упростить расчет управлений за счет упразднения численного решения дифференциальных уравнений специального вида, необходимых в случае использования в МКС нелинейных динамических моделей общего вида. Найденные МКС-управления далее использованы в выражениях для управляющих воздействий на электроприводы сочленений, полученных на основе динамических моделей электроприводов. Предполагается, что неизвестные параметры приводов, как функции углов поворота звеньев и других неизвестных факторов, могут быть определены экспериментально. Такая двухэтапная процедура позволила получить управление приводами в форме алгебраических и трансцендентных выражений. Наконец, представлены результаты моделирования процессов приведения конечного эффектора манипулятора в заданные положения на границах рабочей области с помощью разработанного программного обеспечения. Полученная при этом погрешность без учета погрешности измерений составила величины, не превышающие двух сантиметров на максимальном вылете руки длиной 1,2 метра. Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы по разработке роботизированного аппарата, предназначенного для подводных исследовательских работ на малых глубинах (до 10 метров).
Бесплатно
Статья
Управление группой роботов с помощью одного пульта дистанционного управления является актуальной и сложной задачей, особенно в условиях нестабильной связи, когда часть роботов может временно терять управляющий сигнал, что требует разработки надёжных децентрализованных механизмов для поддержания строя. В данной работе предложена и апробирована полуцентрализованная система управления, позволяющая оператору координировать группу роботов как единое целое. Система объединяет централизованные команды от базовой станции с децентрализованной коррекцией положения на основе протокола ESP-NOW. Для сравнения эффективности в задаче поддержания жёсткой формации были применены протокол локального голосования (LVP) и его ускоренная версия (ALVP). Их эффективность оценивалась в среде моделирования на группе из четырёх дронов в ходе экспериментов, включавших резкие манёвры (повороты на 50° и 75°) и имитацию значительных потерь пакетов данных (50% и 80%). Результаты показали, что ALVP продемонстрировал значительные преимущества по сравнению со стандартным LVP: более высокую скорость восстановления формации, меньшую среднюю ошибку позиционирования и большую устойчивость. В частности, при выполнении серии из 20 полётов с поворотом на 50°, ALVP успешно сохранил строй в 17 случаях против 3 у LVP, а также показал лучшую робастность в условиях потерь пакетов. Таким образом, предложенный полуцентрализованный подход с использованием протокола ALVP является эффективным и надёжным решением для управления строем группы роботов. Дальнейшие исследования будут направлены на проведение натурных экспериментов и интеграцию механизмов обхода препятствий.
Бесплатно
Статья
Депрессия – это распространенное психическое заболевание, требующее систем автоматического обнаружения из-за своей сложности. Существующие методы машинного обучения сталкиваются с проблемами, такими как чувствительность к фоновому шуму, медленная скорость адаптации и несбалансированные данные. Для устранения этих ограничений в этом исследовании предлагается новая структура модулированного вейвлет-кепстрального слияния и стохастическая структура встраивания для прогнозирования депрессии. Затем техника модулированных волновых функций удаляет фоновый шум и нормализует аудиосигналы. Трудности с обобщением, которые приводят к отсутствию интерпретируемости, затрудняют извлечение соответствующих характеристик речи. Для решения этих проблем используется автоматическое кепстральное слияние, которое извлекает соответствующие характеристики речи, захватывая временные и спектральные характеристики, вызванные фоновым голосом. Выбор признаков становится важным, когда выбираются релевантные признаки для классификации. Выбор нерелевантных признаков может привести к переобучению, нарушению размерности и меньшей устойчивости к шуму. Поэтому метод стохастической иммерсии справляется с высокоразмерными данными, минимизируя влияние шума и размерности. Кроме того, классификатор XGBoost отличает людей с депрессией и людей без депрессии. В результате предложенный метод использует набор данных DAIC-WOZ Университета Южной Калифорнии для обнаружения депрессий, достигая точности 97,02%, прецизионности 97,02%, полноты 97,02%, оценки F1 97,02%, среднеквадратической ошибки 2,00 и средней абсолютной ошибки 0,9, делая его многообещающим инструментом для автономного обнаружения депрессии.
Бесплатно
Статья
Интеллектуальная нейросетевая обработка различных сигналов с непрерывным обучением представляет большой как научный, так и практический интерес. Для такой обработки наряду с другими решениями применяют потоковые импульсные рекуррентные нейронные сети (РНС) с расширенными функциональными возможностями. Однако для этих РНС во многом не исследованы вопросы обеспечения их устойчивого функционирования. Преследуется цель повышения устойчивости потоковых импульсных РНС за счет разработки новых методов интеллектуальной обработки сигналов с непрерывным обучением. В интересах этого уточняются возможности этих РНС и анализируются подходы к обеспечению их устойчивости при обучении и генерации сигналов. Осуществлена формализация потоковой РНС в виде относительно конечного операционного автомата. Предложен новый метод устойчивой интеллектуальной обработки сигналов усовершенствованной РНС с непрерывным обучением. Рассмотрены схемы решения различных интеллектуальных задач анализа и синтеза предлагаемым методом. Приведены результаты моделирования, подтверждающие работоспособность предложенного метода и возможности повышения устойчивости РНС при непрерывном обучении и генерировании сигналов. Показана достижимость устойчивого баланса между запоминаемой и постепенно забываемой информацией в РНС с оперативной адаптацией к изменяющимся внешним условиям.
Бесплатно
Статья
Рассмотриваются вопросы обеспечения устойчивости слежения за задержкой в системах синхронизации радиотехнических систем при приеме фазоманипулированных сигналов с расширением спектра на основе псевдослучайных последовательностей. При работе с подвижными объектами задержка принимаемого сигнала непрерывно меняется, возникают ошибки синхронизации, и качество приема сигналов в значительной степени зависит от устойчивости работы схемы слежения за задержкой, характеризуемой вероятностью срыва слежения. Слежение за задержкой, как правило, рассматривается в качестве основной задачи синхронизации радиотехнических систем с фазоманипулированными сигналами с расширением спектра на основе псевдослучайных последовательностей. Исследовано влияние ошибок синхронизации при слежении за задержкой принимаемого фазоманипулированного сигнала с расширением спектра на основе псевдослучайных последовательностей на вероятность срыва слежения. Расчетным методом получены семейства зависимостей вероятности срыва слежения от величин случайной и систематической составляющих ошибки слежения за задержкой, нормированных к полосе захвата временного дискриминатора, при различных сочетаниях этих параметров. Определены области слабого и сильного влияния величины ошибок слежения за задержкой принимаемого сигнала на вероятность срыва слежения. Проанализирован характер влияния случайной и систематической составляющих ошибки слежения за задержкой на вероятность срыва слежения. Установлено, что в общем случае имеет место неоднозначность среднего квадрата нормированной ошибки слежения за задержкой как критерия оптимизации при выборе параметров системы синхронизации. Расчеты, проведенные для широкого диапазона изменения нормированных ошибок слежения за задержкой, показывают, что для обеспечения заданного качества приема сигналов в радиотехнической системе с фазоманипулированными сигналами с расширением спектра на основе псевдослучайных последовательностей необходим совместный выбор параметров системы синхронизации, определяющих величину случайной и систематической составляющих ошибки слежения за задержкой. Полученные результаты могут быть использованы при анализе характеристик систем синхронизации информационных и измерительных радиотехнических систем и при обосновании технических решений, обеспечивающих требуемое качество приема фазоманипулированных сигналов с расширением спектра на основе псевдослучайных последовательностей.
Бесплатно
Формализация регулятивных текстов
Статья
Современные информационные технологии с высокой эффективностью обеспечивают процессы манипулирования текстами. В первую очередь это хранение, редактирование и форматирование текстов и их составляющих. Добившись значительных успехов в разработке средств бессодержательной компьютерной обработки текстов, исследователи столкнулись с проблемами их содержательной обработки. Поэтому дальнейшие шаги в этом направлении связаны с созданием, в том числе, методов автоматизированного целенаправленного манипулирования текстами с учетом заложенного в них содержания. Проведен анализ работ, посвященных исследованию проблем формального представления текстов и их последующего использования. Несмотря на ряд успешных проектов, задачи по разрешению проблемы соотношений между содержанием текста и его смыслом остаются актуальными. По-видимому, формализация текста общего назначения при сохранении его семантики на данном этапе развития науки не осуществима. Вместе с тем существуют типы текстов, для которых формализация с сохранением существенной части их семантики представляется возможной. Одним из них является регулятивный тип текста, который по существу представляет собой словесно выраженный алгоритм последовательности целенаправленных действий. Его отличают логичность и точность (отсутствие иносказаний), связность и цельность, ясность, понятность (за счет отсутствия эмоциональной окраски и образных средств), доступность (за счет использования специфической терминологии). Иначе говоря, при разработке регулятивных текстов обычно стараются как можно понятнее отображать механизмы описываемых действий. Цель: разработка метода формализации регулятивного текста с сохранением его семантики. Методы: структурная лингвистика, представление объектов в виде онтологии, конструктивные алгоритмы. Использование данного метода демонстрируется на примере описания решения системы алгебраических уравнений. Результаты: метод построения математической модели регулятивного текста. Практическая значимость: применение разработанного метода обеспечивает возможность разработки программных комплексов для построения библиотек отдельных предметных областей, разработки средств оценки регулятивных текстов на предмет их определенности, полноты, связности и других характеристик, а также тренажеров и средств самообучения.
Бесплатно
Формальный язык описания навигационного поведения мобильных роботов
Статья
Статья содержит результаты исследований в области формализации навигационного поведения мобильных роботов на основе когнитивного подхода к представлению пространства. Авторами предложен новый формальный язык LRNB (Language of Robot Navigation Behavior), предназначенный для описания информационно-двигательных действий, сценариев и миссий роботов в рамках интерпретирующей навигации. Ключевой особенностью когнитивного подхода является отказ от декартовой системы координат в пользу ориентированного графа – когнитивной карты, вершины которой соответствуют семантическим ориентирам, а рёбра – последовательностям действий, задаваемых на LRNB. Язык строится на универсальной структуре команды, обеспечивая возможность описания широкого спектра поведенческих паттернов: от простого движения вдоль объекта до сложных миссий с динамическими целями и логическими условиями. В работе представлены три метода построения когнитивных карт: на основе семантически сегментированных изображений, в процессе автономного исследования среды роботом, а также с использованием больших языковых моделей (БЯМ) для трансляции естественно-языковых инструкций в формальные команды LRNB. В качестве наиболее удобной иллюстрации для демонстрации возможностей LRNB проведена экспериментальная оценка возможностей БЯМ в автоматической генерации команд LRNB по текстовым описаниям. Показано, что на уровне отдельных информационно-двигательных действий модель демонстрирует высокую точность (95 % корректных преобразований), однако при переходе к формированию сложных составных сценариев эффективность критически снижается. Тем не менее, сделан вывод о практической применимости языка LRNB. Предложенный формальный язык LRNB демонстрирует высокую гибкость и выразительность, что делает его эффективным инструментом для описания сложного навигационного поведения мобильных роботов в разнообразных сценариях.
Бесплатно
Статья
Предлагается способ комплексирования разноракурсных изображений с применением алгоритма квазиоптимальной кластеризации пикселей к исходным снимкам земной поверхности. Исходные разноракурсные изображения, сформированные бортовой аппаратурой многопозиционных локационных систем, состыковываются в единый составной снимок и при помощи высокоскоростного алгоритма квазиоптимальной кластеризации пикселей редуцируются до нескольких цветов с сохранением характерных границ. Особенность алгоритма квазиоптимальной кластеризации заключается в генерации серии разбиений с постепенно увеличивающейся детализацией за счет переменного числа кластеров. Эта особенность позволяет выбрать подходящие разбиения пар состыкованных изображений из серии сгенерированных. На паре изображений из выбранного разбиения состыкованного снимка осуществляется поиск опорных точек выделенных контуров. Для этих точек определяется функциональное преобразование и после его применения к исходным снимкам осуществляется оценка степени корреляции комплексированного изображения. Как положение опорных точек контура, так и само искомое функциональное преобразование уточняется до тех пор, пока оценка качества комплексирования не будет приемлемой. Вид функционального преобразования подбирается по редуцированным по цвету изображениям, а затем применяется к исходным снимкам. Этот процесс повторяется для кластеризованных изображений с большей детализацией в том случае, если оценка качества комплексирования не является приемлемой. Целью настоящего исследования является разработка способа, позволяющего сформировать комплексное изображение земной поверхности из разноформатных и разнородных снимков. В работе представлены следующие особенности способа комплексирования. Первая особенность заключается в обработке единого составного изображения из пары состыкованных исходных снимков алгоритмом кластеризации пикселей, что позволяет подобным образом выделить одинаковые области на его различных частях. Вторая особенность заключается в определении функционального преобразования по выделенным точкам контура на обработанной паре кластеризованных снимков, которое и применяется к исходным изображениям для их комплексирования. В работе представлены результаты формирования комплексного изображения как по однородным (оптическим) снимкам, так и по разнородным (радиолокационным и оптическим) снимкам. Отличительной чертой предлагаемого способа является улучшение качества формирования, повышение точности и информативности итогового комплексного изображения земной поверхности.
Бесплатно
Статья
Проблема анализа устойчивости и как ее составных частей надежности и живучести является довольно востребованной как в области телекоммуникаций, так и в других отраслях, занимающихся разработкой и эксплуатацией сложноразветвленных сетей. Наиболее подходящей моделью сети для подобного рода задач оказывается модель, использующая постулаты теории графов. При этом предположение о случайном характере отказов отдельных звеньев телекоммуникационной сети позволяет ее рассматривать в виде обобщенной модели Эрдеша–Реньи. Хорошо известно, что вероятность выхода из строя элементов может трактоваться в форме коэффициента готовности и коэффициента оперативной готовности, а также в виде других показателей, характеризующих работоспособность элементов телекоммуникационной сети. Большинство подходов рассматривают лишь случай двухполюсной связности, когда необходимо обеспечить взаимодействие двух конечных адресатов. В современных телекоммуникационных сетях на первый план выходят услуги типа виртуальных частных сетей, для которых организуются многоточечные соединения, не укладывающиеся в понятие двухполюсной связности. В этой связи в работе предлагается расширить подобный подход для анализа многополюсной и всеполюсной связностей. Так, подход для двухполюсной связности базируется на методе, использующем в качестве основы матрицу связностей, и, по сути, предполагающий последовательный перебор всех сочетаний вершинных сечений, начиная с истока и стока. Данный способ приводит к включению в общий состав сечений не минимальных, что потребовало введения дополнительной процедуры проверки добавляемого сечения на безызбыточность. Подход для всеполюсной связности базируется на методе, использующем в качестве основы матрицу связностей, и, по сути, предполагающий последовательный перебор всех сочетаний вершинных сечений, не включая одну из вершин, считаемую терминальной. Более простым решением оказался контроль добавляемого сечения на уникальность. Подход для многополюсной связности аналогичен использованному при формировании множества минимальных всеполюсных сечений и отличается, лишь процедурой отбора используемых для образования матрицы сечений комбинаций, из всего множества которых сохраняются лишь те, которые содержат полюсные вершины. В качестве тестовой сети связи используется магистральная сеть Ростелеком, развернутая с целью формирования потоков в направлении "Европа – Азия". Показано, что многополюсные сечения являются наиболее общим понятием относительно двухполюсных и всеполюсных. Не смотря на возможность подобного обобщения, в практических приложениях целесообразно рассматривать именно частные случаи вследствие их меньшей вычислительного сложности.
Бесплатно
Цветовая кодировка кубитных состояний
Статья
Трудности алгоритмической имитации естественного мышления указывают на несовершенство используемых для этого форматов представления информации. В этом отношении перспективна кодировка информации кубитными состояниями квантовой теории, структура которых согласуется с крупными теориями когнитивной семантики. Представлено развитие этого подхода, связывающее кубитные состояния с цветом как самостоятельным носителем эмоционально-смысловых значений. Основой для этого стало геометрическое подобие цветовых тел и Гильбертова пространства кубитных состояний, позволившее установить между ними взаимооднозначное математическое отображение. Для этого использовано оригинальное разложение кубита по тройке неортогональных векторов, соответствующих красному, синему и зелёному цветам. Действительные коэффициенты такого разложения являются томограммами кубитного состояния по соответствующим направлениям, связанными с компонентами вектора Стокса операцией поворота. При этом композиционные соотношения чёрного, белого и шести основных цветов (красный, зелёный, синий, жёлтый, фиолетовый, голубой) выражаются аналогичными суперпозициями кубитных состояний. Чистые и смешанные цвета соответствуют чистым и смешанным состояниям на поверхности и внутри сферы Блоха, тогда как оттенки серого отображаются на вертикальный диаметр сферы. При этом светлость цвета соответствует вероятности базисного кубитного состояния «1», тогда как насыщенность цвета и цветовой тон кодируют когерентность и фазу кубитного состояния. Полученный результат открывает возможности для использования квантовой информатики в задачах семантического анализа данных, обработки изображений и создания природоподобных вычислительных архитектур.
Бесплатно
Статья
Для принятия решения по обеспечению безопасности информационной инфраструктуры (ИИ) в целях ее устойчивого функционирования в условиях воздействия угроз требуется инструмент, позволяющий оценить устойчивость функционирования ее отдельных элементов. Применение полумарковской модели для оценивания устойчивости функционирования элементов ИИ, подверженной воздействию угроз, в прямой постановке сопряжено с ростом сложности описания объекта моделирования (параметрического пространства) в степенной прогрессии от числа учитываемых воздействий, что снижает ее практическую значимость. Однако в научной литературе не обнаружено исследований по снижению сложности полумарковской модели. В статье приведен подход к снижению сложности моделирования посредством принятия корректных допущений при формировании исходных данных. Приведены условия, при которых возможно принять ряд допущений, позволяющих значительно снизить сложность моделирования, платой за это является ограничение области применимости модели. Приводится постановка задачи и модифицированный граф переходов. Новизна постановки задачи заключается в учете ограничений на имеющийся ресурс для восстановления функциональности элемента. Для пояснения физической сущности процесса моделирования приводится мысленный эксперимент с моделью. Для решения задачи были использованы: а) экспертные методы для добывания исходных данных; б) математические модели частных полумарковских процессов; в) методы преобразований Лапласа; г) методы планирования эксперимента. Демонстрация последовательности решения задачи сопровождается иллюстративными примерами и графиками. В результате эксперимента были выявлены закономерности исследуемого процесса, существование которых было доказано формально. Исследование показало, что при принятии мотивированных допущений возможно снизить сложность моделирования. Результаты исследования расширяют знания о приложении методов марковских процессов для оценивания устойчивости функционирования элементов ИИ применительно к условиям воздействия угроз.
Бесплатно
Численное решение задачи фильтрации оценок информационного воздействия на электорат
Статья
В статье предложены постановка и численная схема решения задачи фильтрации оценок информационного воздействия средств масс-медиа на электорат, позволяющие с высокой степенью точности на заданном интервале наблюдения определить число индивидов в обществе, отдающих предпочтение определенному политическому субъекту (мнению). Основу постановки задачи составляет математическая модель оценки информационного воздействия на электорат при проведении выборных кампаний, которая сводится к решению стохастического дифференциального уравнения – уравнения состояния. Его исследование при составлении модели фильтрации оценок информационного воздействия предложено свести к численному решению уравнения Дункана–Мортенсена–Закаи при введении дополнительного уравнения наблюдения, которое получается из уравнения состояния при оценке его стохастических компонент (наблюдаемые интенсивности агитации от разнородных средств масс-медиа) методами полиспектрального анализа. Решение уравнения Дункана–Мортенсена–Закаи выполнено в проекционной постановке метода Галёркина при сведении к системе линейных дифференциальных уравнений и получении ее решения при дискретизации интервала анализа на подинтервалы и использования метода матричной экспоненты. Для уточнения особенностей алгоритмической реализации составленной численной схемы сформирована рекурсивная процедура численной фильтрации оценок информационного воздействия, представленная в виде псевдокода. Для наглядного сравнения результативности сформированного численного решения задачи нелинейной фильтрации оценок информационного воздействия средств масс-медиа на электорат проведены расчеты на тестовых выборках большого объема для различных значений количества политических субъектов (мнений) и числа подгрупп, на которые разделяется разнородный социум (электорат). Под результативностью решения понимается апостериорно вычисленная зависимость вероятности принятия ошибочного решения о победе политического субъекта-лидера от дисперсионных параметров нестационарных негауссовских шумов наблюдаемых интенсивностей агитации. Зависимости результативности предложенного решения сравнены с результатами непосредственного численного решения систем уравнений состояния и наблюдения.
Бесплатно
