Информатика и автоматизация (Труды СПИИРАН) @ia-spcras
Статьи журнала - Информатика и автоматизация (Труды СПИИРАН)
Все статьи: 266
Статья
Аварийным службам часто приходится проводить спасательные и ликвидационные работы в условиях отсутствия централизованной связи. Невозможность обеспечения стабильной коммуникации между членами спасательного подразделения существенно снижает качество проведения работ. При этом в современных реалиях под стабильной коммуникацией понимается не только голосовой обмен, который может быть обеспечен коротковолновыми радиопередатчиками, но и интенсивный обмен большими объемами трафика. Применение стандартных решений на основе типового сетевого оборудования (Wi-Fi, спутниковая связь и др.) и существующих алгоритмов обеспечения качества обслуживания в рассматриваемых условиях не позволяет быстро обеспечить информационный обмен между разнородными абонентами. Более того, работа в высокогерцовых диапазонах может быть сильно затруднена при наличии препятствий, что снижает общую площадь покрытия и качество передачи данных. Мы предлагаем протокол маршрутизации сетевого уровня, предназначенный для организации децентрализованной связи в подразделении аварийной службы, где абоненты отличаются разной степенью мобильности и типом передаваемого трафика. Данный протокол включает алгоритмы подключения к сети, обнаружения оптимального и альтернативных маршрутов связи, передачи и балансировки трафика по найденным маршрутам. Оригинальный алгоритм поиска маршрутов анализирует производительность каналов связи и определяет все возможные пути передачи трафика между абонентами. С использованием функции оценки маршрутов, основанной на градиентном бустинге деревьев принятия решений, производится формирование оптимальных и альтернативных маршрутов связи, а при передаче данных, на основе полученной информации, выполняется балансировка трафика. Экспериментальное исследование предложенного протокола показало улучшение показателей скорости развертывания и качества обслуживания на сценариях с различной степенью мобильности абонентов.
Бесплатно
Динамическая модель популяционной инвазии с эффектом депрессии
Статья
Статья посвящена исследованию актуального сценария развития популяционных процессов в современных нестабильных биосистемах методами компьютерного моделирования. Биологические инвазии стали чрезвычайно распространенным явлением из-за изменений климата, целенаправленной деятельности с задачей улучшения продуктивности экосистем и случайного стечения обстоятельств. Динамика ситуаций после вселения чужеродного вида чрезвычайно разнообразна. Далеко не всегда вселенец гладко занимает экологическую нишу, как в логистических моделях. В отдельных случаях реализуется явление вспышки численности вплоть до начала разрушения видом своей новой среды. Развитие ситуации после инвазии зависит от суперпозиции биотических и абиотических факторов. На динамику численности вселенца влияет благоприятность сложившихся условий, возможность реализации репродуктивного потенциала и сопротивление биотического окружения. Противодействие развивается с запаздыванием и проявляется при достижении вселенцем значительной численности. Обоснована и разработана непрерывная модель инвазионного процесса с резким переходом в состояние депрессии численности. Стадия популяционного кризиса завершается с переходом к равновесию, так как оказываемое биотической средой сопротивление в модельном сценарии адаптивно и пороговым образом зависит от численности вида-вселенца. Применение вычислительного феноменологического описания сценария с активным, но запаздывающим противодействием среды практически целесообразно для оценки ситуаций при выработке мер искусственного противодействия нежелательному вселенцу. В модели существует режим сохранения колебаний после выхода из стадии депрессии, если эффективность подавления вселенца оказывается недостаточной.
Бесплатно
Статья
В этой статье предлагается гибридный подход, который объединяет интеллектуальные алгоритмы и модульную конструкцию для решения проблемы фуражирования в контексте роевой робототехники. Глубокое обучение с подкреплением (RL) и оптимизация роя частиц (PSO) используются в предлагаемой модульной архитектуре. Они используются для поиска множества ресурсов, которые различаются по размеру и демонстрируют динамическую природу с непредсказуемыми движениями. Кроме того, они транспортируют собранные ресурсы в гнездо. Рой состоит из 8 мобильных роботов E-Puck, каждый из которых оснащен датчиками света. Предлагаемая система построена на трехмерной среде с использованием симулятора Webots. С помощью модульного подхода мы решаем сложные проблемы фуражирования, характеризующиеся нестатичной средой и целями. Эта архитектура повышает управляемость, снижает вычислительные требования и упрощает процессы отладки. Наше моделирование показывает, что модель на основе RL превосходит PSO по времени выполнения задач, эффективности сбора ресурсов и адаптивности к динамическим средам, включая движущиеся цели. В частности, роботы, оснащенные RL, демонстрируют улучшенные способности к индивидуальному обучению и принятию решений, обеспечивая уровень автономии, который способствует коллективному интеллекту роя. В PSO коллективные знания роя в большей степени влияют на индивидуальное поведение роботов. Полученные результаты подчеркивают эффективность модульной конструкции и глубокого RL для продвижения автономных роботизированных систем в сложных и непредсказуемых условиях.
Бесплатно
Дистанционно управляемый сервисный робот с иммерсивным интерфейсом смешанной реальности
Статья
Сервисные роботы с дистанционным управлением могут выполнять более сложные и точные задачи, поскольку они сочетают в себе навыки робота и человеческий опыт. Связь между оператором и роботом важна для удаленной работы и сильно влияет на эффективность системы. Существует мнение, что улучшение ощущения присутствия оператора также улучшает выполнение задачи. Иммерсивные интерфейсы используются для улучшения опыта удаленной работы, поскольку ощущение присутствия является результатом погружения. Однако задержка или временная задержка могут снизить производительность робота. Временная задержка между входом и визуальной обратной связью сильно влияет на обмен данными между распределенными ведущими и ведомыми системами по сети. Поскольку удаленная визуализация включает в себя передачу большого количества видеоданных, проблема заключается в снижении нестабильности связи. Затем эффективная система дистанционного управления должна иметь подходящий рабочий интерфейс, способный визуализировать удаленную среду, управлять роботом и иметь быстрое время отклика. Эта работа представляет собой разработку системы дистанционного управления сервисным роботом с иммерсивным операционным интерфейсом смешанной реальности, где оператор может визуализировать реальную удаленную среду или виртуальную трехмерную среду, представляющую ее. Виртуальная среда направлена на сокращение задержки при обмене данными за счет уменьшения объема информации, отправляемой по сети, и улучшения взаимодействия с пользователем. Робот может выполнять навигацию и простые задачи автономно или переключаться в дистанционно управляемый режим для более сложных задач. Система была разработана с использованием ROS, UNITY 3D и сокетов для легкого экспорта на различные платформы. Эксперименты показывают, что наличие иммерсивного рабочего интерфейса повышает удобство использования для оператора. Задержка при использовании виртуальной среды увеличивается. Пользовательский опыт улучшается за счет использования техник смешанной реальности; это может привести к более широкому использованию дистанционно управляемых систем сервисных роботов.
Бесплатно
Статья
Резкое ухудшение состояния на фоне развития жизнеугрожающих аритмий с симптомами острой сердечной недостаточности (ОСН), синдрома полиорганной недостаточности (СПОН) или отёка головного мозга (ОГМ) может привести к гибели пациента. Поскольку известные методы автоматизированной диагностики в настоящий момент не могут достаточно точно и своевременно определить, что пациент находится в жизнеугрожающем состоянии, ведущем к летальному исходу от ОСН, СПОН или ОГМ, существует необходимость в разработке соответствующих методов. Одним из способов выявить предикторы такого состояния является применение методов машинного обучения к накопленным наборам данных. В данной статье решалась задача проверки с помощью методов анализа данных гипотезы о наличии зависимости между результатами измерения ЭКГ и последующим летальным исходом пациента в результате развития СПОН, ОСН или ОГМ. Был предложен метод комбинирования данных, сводящейся к тому, чтобы на основе характеристик ЭКГ для каждого пациента предложить алгоритм, на вход которого подаются пары интервалов RR и QT, а на выходе получается число, которое является характеристикой состояния пациента. На основе полученной характеристики производится классификация пациентов на группы: основную (пациенты с летальным исходом) и контрольную (выжившие пациенты). Полученная модель классификации закладывает потенциал для разработки методов идентификации клинического состояния пациента, что позволит автоматизировать получение сигнала о его ухудшении. Новизна результата заключается в подтверждении гипотезы о наличии зависимости между результатами измерения ЭКГ и последующим летальным исходом пациента в результате развития СПОН, ОСН или ОГМ, а также предложенном критерии и модели классификации, которые позволяют решать актуальную задачу автоматической фиксации ухудшения состояния пациентов.
Бесплатно
Идентификация нейросетевой модели робота для решения задачи оптимального управления
Статья
Для расчета оптимального управления требуется достоверная математическая модель объекта управления. В дальнейшем при реализации расчетных управлений на реальном объекте эта же модель может быть использована в навигации робота для прогнозирования его положения и корректировки показаний сенсоров, поэтому важно, чтобы модель достаточно адекватно отражала динамику объекта. Вывод модели часто требует значительного времени и иногда даже невозможен с использованием традиционных методов. Ввиду все большего разнообразия и чрезвычайно сложной природы объектов управления, включая разнообразие современных робототехнических систем, все большую актуальность приобретает задача идентификации, которая позволяет построить математическую модель объекта управления, имея входные и выходные данные о системе. Идентификация нелинейной системы представляет особый интерес, так как большинство реальных систем имеют нелинейную динамику. И если раньше идентификация модели системы заключалась в подборе оптимальных параметров для выбранной структуры, то появление современных методов машинного обучения открывает более широкие перспективы и позволяет автоматизировать сам процесс идентификации. В настоящей работе в качестве объекта управления рассматривается колесный робот с дифференциальным приводом в симуляционной среде Gazebo, которая на сегодняшний день является наиболее популярным программным пакетом при разработке и моделировании робототехнических систем. Математическая модель робота заранее неизвестна. Основная проблема заключается в том, что существующие математические модели не соответствуют реальной динамике робота в симуляторе. В работе рассматривается решение задачи идентификации математической модели объекта управления с помощью машинного обучения на основе нейронной сети. Представлен новый смешанный подход, основанный на использовании известных простых моделей объектов и идентификации неучтенных динамических свойств объекта с помощью нейронной сети на основе обучающей выборки. Для формирования обучающих данных был написан программный пакет, автоматизирующий процесс сбора с помощью двух ROS-узлов. Для обучения нейросети использовался фреймворк PyTorch и был создан программный пакет с открытым исходным кодом. Далее идентифицированная модель объекта используется для расчета оптимального управления. Результаты вычислительного эксперимента демонстрируют адекватность и работоспособность полученной модели. Представленный подход на основе комбинации известной математической модели и дополнительной идентифицированной нейросетевой модели позволяет использовать преимущества накопленного физико-математического аппарата и повысить его эффективность и точность за счет использования современных средств машинного обучения.
Бесплатно
Идентификация сельскохозяйственных культур с использованием радарных изображений
Статья
Одной из наиболее важных задач в практической сельскохозяйственной деятельности является идентификация сельскохозяйственных культур, произрастающих на отдельных полях в данный момент и ранее. Для снижения трудоемкости процесса идентификации в последние годы используются данные дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), в том числе значения индексов, рассчитываемые по ходу периода вегетации. При этом обработка оптических спутниковых снимков и получение достоверных значений индексов зачастую бывает затруднено из-за облачности во время съемки. Для решения этой проблемы в статье предложено использовать в качестве основного показателя, характеризующего сельскохозяйственную культуру, кривую сезонного хода радарного вегетационного индекса с двойной поляризацией (DpRVI). В период 2017-2020 гг. для идентификации культур на опытных полях Дальневосточного научно-исследовательского института сельского хозяйства (ДВ НИИСХ) было получено и обработано 48 радарных снимков Хабаровского муниципального района Хабаровского края со спутника Sentinel-1 (разрешение 22 м, интервал съемки − 12 дней). В качестве основных идентифицируемых культур выступали соя и овес. Также были добавлены пиксели полей, не занятых данными культурами (кормовые травы, заброшенные поля). Были получены ряды значений DpRVI как для отдельных пикселей и полей, так и аппроксимированные ряды для трех классов. Аппроксимация проводилась с использованием функции Гаусса, двойной логистической функции, квадратного и кубического полиномов. Установлено, что оптимальным алгоритмом аппроксимации является использование двойной логистической функции (средняя ошибка составила 4,6%). В среднем, ошибка аппроксимации индекса вегетации для сои не превышала 5%, для многолетних трав – 8,5%, а для овса – 11%. Для опытных полей общей площадью 303 га с известным севооборотом была проведена классификация взвешенным методом k ближайших соседей (обучающая выборка сформирована по данным 2017-2019 гг, тестовая -2020 г.). В результате верно идентифицировано 90% полей. Общая точность классификации по пикселям составила 73%, что позволило выявить несоответствие реальных границ полей заявленным, определить заброшенные и заболоченные участки. Таким образом, установлено, что индекс DpRVI может быть использован для идентификации сельскохозяйственных культур юга Дальнего Востока и служить основой для автоматического классифицирования пахотных земель.
Бесплатно
Из истории математического моделирования боевых действий в России (1900-1917 гг.)
Статья
Статья посвящена оригинальным математическим моделям боевых действий, разработанным в России в начале XX века. Одной из первых работ, в которой излагались подходы к математическому моделированию боевых действий, можно считать статью Я. Карпова «Тактика крепостной артиллерии», опубликованную в 1906 году. В ней рассматривалась задача обороны крепости от атакующих пехотных цепей противника. Исходя из идеи непреодоления атакующими рубежа обороны, были получены математические соотношения, увязывающие параметры выстрела заряда шрапнели с перемещениями пехотинца. Аналогичным образом рассматривалась задача использования для обороны крепости пулемета. Проанализировав полученные соотношения, Я. Карпов пришел к выводу, что все средства обороны крепости можно соотнести через длину обороняемого этим средством участка. Идеи Я. Карпова развил П. Никитин. Им был рассмотрен широкий спектр средства поражения. Опираясь на результаты проведенных исследований, автором сделаны рекомендации по распределению сил и средств при обороне крепостей. М. Осипов в 1915 году опубликовал яркие и самобытные модели двухсторонних боевых действий, на год раньше известной теории Ланчестера. Суммируя численности сражающихся сторон на бесконечно малых интервалах времени, а затем, переходя к пределам, он получает линейный и квадратичный законы влияния соотношения численности сражающихся сторон на их потери, исследует разнородные средства поражения. Все это проверяется практикой различных сражений. М. Осипов показал, что коэффициенты в законах потерь зависят от выучки личного состава, рельефа местности, наличия укреплений, морально-психологического состояния войск и т.д. Опираясь на результаты математического моделирования, М. Осипов впервые обосновал ряд положений военного искусства. Он показал, что ни линейный, ни квадратичный законы потерь в общем случае не соответствуют практике проведенных сражений. Для удобства использования при том уровне развития вычислительной техники и для получения более достоверного результата М. Осипов предлагал использовать в законах потерь степень «три вторых», хотя сам понимал ее приближенный характер. Много внимания уделено проблеме авторства, поискам прототипа создателя первой двухсторонней модели боевых действий, применению теории для решения современных прикладных задач.
Бесплатно
Извлечение семантической информации из графических схем
Статья
Рассматривается задача извлечения семантической информации из электронного документа, заданного в формате векторной графики и содержащего графическую модель (схему), построенную с помощью графического редактора. Задача состоит в программном извлечении определенных структурных и параметрических свойств схемы и занесении их в базу данных для последующего использования. На основе проведенного анализа возможностей графических редакторов сделан вывод об актуальности этой задачи для универсальных редакторов, не привязанных к конкретным графическим нотациям и использующих открытые графические форматы документов, что допускает программную обработку. Предлагаемый подход рассматривает графические документы на трёх уровнях абстракции: концептуальном (семантические свойства схемы), логическом (представление семантических свойств на внутреннем уровне документа) и физическом (внутренняя организация графического документа). Решение задачи основано на построении концептуально-логического отображения, то есть отображения концептуальной модели схемы в логическую модель графического документа с учетом его физической модели. В рамках подхода разработан алгоритм построения указанного отображения, представленный в виде объектно-ориентированного псевдокода. Исследование внутренней разметки в открытых графических форматах позволило построить модели идентификации элементов схемы и их соединений между собой, что необходимо для конкретного применения алгоритма. Получены выражения для адресации элементов схемы и доступа к их свойствам. Предложенный подход реализован на основе ситуационно-ориентированной парадигмы, в рамках которой процесс извлечения управляется иерархической ситуационной моделью. Обрабатываемые данные задаются в ситуационной модели в виде виртуальных документов, отображаемых на разнородные внешние источники данных. Для решаемой задачи рассматривается отображение на два варианта форматов векторной графики: на «плоский» файл разметки и на набор таких файлов в электронном архиве. Практическое использование результатов иллюстрируется на примере извлечения семантической информации из графических моделей, разрабатываемых на различных этапах проектирования баз данных.
Бесплатно
Статья
Представлен подход к верификации функционально-структурных спецификаций, реализованных в заказных интегральных схемах, основанный на инвазивных методах исследования. Актуальность проведённого исследования обусловлена необходимостью проведения верификации функционально-структурных спецификаций, поставляемых сторонними исполнителями аппаратных реализаций алгоритмов обеспечения информационной безопасности, сложностью выявления на аппаратном уровне модификаций этих алгоритмов и внедрённых в них недокументированных возможностей и отсутствием единых универсальных или стандартизированных методов решения этой задачи. Сформулирована математическая постановка задачи исследования, суть которой состоит в проверке равенства значений параметров заявленной спецификации с их значениями, восстановленными методом обратного проектирования. Представлены результаты применения предложенного подхода к верификации функционально-структурных спецификаций на примерах аппаратно-реализованных алгоритмов шифрования DES и AES. Восстановленные функционально-структурные блоки алгоритмов (в частности – блок подстановок) были успешно верифицированы.
Бесплатно
Статья
Облачные вычисления (CC) являются известной технологией, которая позволяет пользователям и организациям получать доступ к сервисам в соответствии с их требованиями. Этот метод вычислений предлагает хранилище, платформы развертывания и подходящий доступ к веб-сервисам через интернет. Балансировка нагрузки является важным фактором оптимизации вычислительных ресурсов и хранения. Она направлена на разумное распределение рабочей нагрузки между каждой виртуальной машиной. Было разработано несколько традиционных методов балансировки нагрузки, которые доступны в литературе. Однако достижение эффективной балансировки нагрузки с минимальным временем завершения и улучшенной пропускной способностью остается сложной задачей. Для повышения эффективности балансировки нагрузки был разработан новый метод, известный как индексированный регулируемый метод Ружички балансировки нагрузки глубокого нейронного обучения (RITLBDNL). Основная цель RITLBDNL состоит в том, чтобы повысить пропускную способность и минимизировать время выполнения работы в облаке. В методе RITLBDNL модель глубокого нейронного анализа включает входной слой, два скрытых слоя и выходной слой для улучшения производительности балансировки нагрузки. На входном слое собираются задачи пользователей облака и отправляются на скрытый слой 1. На этом слое балансировщик нагрузки в облачном сервере анализирует состояние ресурсов виртуальной машины в зависимости от энергии, пропускной способности, объема памяти и ЦПУ с использованием индекса сходства Ружички. Затем виртуальные машины классифицируются как перегруженные, слабо загруженные или сбалансированные. Результаты анализа передаются на скрытый слой 2, где выполняется регулируемая балансировка нагрузки для распределения нагрузки с сильно загруженных виртуальных машин на минимально загруженные. Облачный сервер эффективно распределяет рабочую нагрузку между виртуальными машинами с более высокой пропускной способностью и меньшим временем отклика для обработки огромного количества входящих задач. Для оценки результатов экспериментов предложенный метод сравнивается с другими существующими методами балансировки нагрузки. Результат показывает, что предложенный метод RITLBDNL обеспечивает эффективность балансировки нагрузки с увеличением на 7%, пропускной способностью на 46%, уменьшением времени завершения на 41% и времени отклика на 28% по сравнению с традиционными методами.
Бесплатно
Статья
Фотоактивация растений посредством лазерной обработки является перспективным направлением развития современного аграрного производства. Обработка растений излучением с заданными характеристиками стимулирует развитие растений, формирование генеративных признаков и рост урожайности. Для автоматизации процесса фотоактивации больших посевных площадей предложен подход, основанный на использовании специализированной лазерной установки, монтируемой на беспилотный летательный аппарат (БпЛА). При помощи БпЛА можно производить лазерную обработку сельскохозяйственных полей большой площади при минимальных затратах временных и человеческих ресурсов. В работе предложен алгоритм расчета траектории для равномерного покрытия прямоугольного участка земли лазерным излучением с заданными характеристиками. Приводится методика расчета требуемой мощности лазерной установки в зависимости от высоты и времени полета БпЛА. Преимуществом разработанного подхода является его универсальность, поскольку данный подход учитывает характеристики лазерного устройства и может применяться с устройствами различного типа. В зависимости от параметров лазера алгоритм строит такую траекторию для БпЛА, чтобы облучение всходов растений было равномерным на протяжении всего процесса обработки. При проведении полевых экспериментов при движении БпЛА вдоль рассчитанной траектории со скоростью 0,3 м/c время обработки поля длиной в 200 м и шириной 1 м составило 9 мин. Результаты полевых экспериментов показывают, что лазерное облучение для большей части изучаемых культур увеличило урожайность и высоту травостоя (у злаковых – для четырех из шести культур, у бобовых – для четырех из пяти изучаемых культур). Предлагаемый алгоритм построения пути для равномерного лазерного облучения участка учитывает площадь проекции лазерного излучения для обеспечения требуемых характеристик обработки поля.
Бесплатно
Статья
Статья посвящена разработке модельно-алгоритмического обеспечения и программных средств для автоматизации процессов интеграции данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и других разнородных информационных ресурсов при решении задач мониторинга и проактивного управления развитием территорий. Отличительной особенностью постановки задачи является включение в состав интегрируемых ресурсов средств моделирования состояния природно-технических объектов, расположенных на анализируемой территории. Основу разработки составляет обоснование технологии интеграции разнородных информационных ресурсов, включающей алгоритм выбора типа архитектуры создаваемого комплекса средств автоматизации, способ описания информационного процесса интеграции данных и их совместной обработки, алгоритм определения наилучшей конфигурации информационных ресурсов при решении тематических задач, а также совокупность программно-технологических решений по интеграции данных ДЗЗ с другими необходимыми данными и их совместному использованию при моделировании. В результате исследований и применения разработанных алгоритмов установлено, что наиболее предпочтительным типом архитектуры систем интеграции разнородных информационных ресурсов является сервис-ориентированная архитектура. Для описания информационного процесса интеграции предложено использование нотации Business Process Model and Notation. Ключевым компонентом разработки в части программно-технологических решений по интеграции разнородных данных является предложенная схема взаимодействия с поставщиками и потребителями данных на основе создания слоя абстракции данных. Применение предложенного решения позволяет привести разнородные данные к единому универсальному формату для последующей совместной обработки на средствах моделирования. Проведенная апробация на конкретных тематических задачах мониторинга и управления развитием территорий показала реализуемость предложенной технологии интеграции и разработанных программно-технологических средств, а также достижение существенного выигрыша в оперативности решения тематических задач.
Бесплатно
Интеллектуальная нейросетевая машина с функциями мышления
Статья
В последние годы существенно вырос интерес к искусственному интеллекту на основе нейросетевых подходов. Получен ряд значимых научных результатов, которые нашли широкое применение на практике. Большое внимание привлекли генеративно – состязательные нейросетевые модели, нейросетевые трансформеры и другие решения. Достигнут очевидный прогресс в нейросетевом распознавании и генерации образов, обработке текстов и речи, прогнозировании событий, управлении трудно формализуемыми процессами. Однако пока не удалось наделить нейросетевые машины мышлением. Все получаемые с использованием нейросетевых машин результаты можно отнести к решениям на основе различных видов связывания сигналов без полноценного управления процессами их обработки. Типичными представителями таких машин выступают ChatGPT. Возможности по интеллектуальному оперированию различными сигналами в известных нейросетевых машинах очень ограничены. Среди основных причин таких ограничений следует выделить несовершенство используемых базовых принципов нейросетевой обработки информации. Свойства нейронов длительное время рассматривались упрощенно. Обуславливалось это, как пробелами в области биологических исследованиях, так и отсутствием возможностей построения больших нейронных сетей на сложных моделях нейронов. В последние годы ситуация изменилась. Появились новые способы реализации больших нейронных сетей. Также установлено, что даже отдельные нейроны могут обладать обширной внутренней памятью и реализовывать различные функции. Однако до сих пор многие механизмы функционирования нейронов и их взаимодействия остаются не раскрытыми. Мало исследованы вопросы управляемого ассоциативного обращения к внутренней памяти нейронов. Эти недостатки существенно сдерживает создание мыслящих нейросетевых машин. Объектом исследования в статье выступает процесс интеллектуальной нейросетевой обработки информации. Предмет исследования: принципы, модели и методы такой обработки. Преследуется цель расширения функциональных возможностей нейросетевых машин по решению трудно формализуемых творческих задач за счет разработки новых принципов, моделей и методов интеллектуальной обработки информации. В интересах достижения этой цели уточняются принципы функционирования интеллектуальных нейросетевых машин, предлагаются новые модели и методы нейросетевой обработки информации. Раскрывается новая модель импульсного нейрона, как базового элемента таких машин. Искусственный мозг нейросетевых машин рекомендуется формировать в виде многослойных нейронных сетей, наделенных логическими структурами, с различными по параметрам нейронами. Предлагается новый метод многоуровневой интеллектуальной обработки информации в нейросетевых машинах на основе умных импульсных нейронов. Поясняются механизмы мышления нейросетевых машин, лежащие в их основе функции интеллектуального оперирования образами и понятиями в нейросетевой памяти. Приводятся результаты моделирования, подтверждающие справедливость предложенных решений.
Бесплатно
Статья
В настоящее время Интернет и социальные сети как среда распространения цифрового сетевого контента становятся одной их важнейших угроз персональной, общественной и государственной информационной безопасности. Возникает необходимость защиты личности, общества и государства от нежелательной информации. В научно-методическом плане проблема защиты от нежелательной информации имеет крайне небольшое количество решений. Этим определяется актуальность представленных в статье результатов, направленных на разработку интеллектуальной системы аналитической обработки цифрового сетевого контента для защиты от нежелательной информации. В статье рассматриваются концептуальные основы построения такой системы, раскрывающие содержание понятия нежелательной информации и представляющие общую архитектуру системы. Приводятся модели и алгоритмы функционирования наиболее характерных компонентов системы, таких как компонент распределенного сканирования сети, компонент многоаспектной классификации сетевых информационных объектов, компонент устранения неполноты и противоречивости и компонент принятия решений. Представлены результаты реализации и экспериментальной оценки системных компонентов, которые продемонстрировали способность системы отвечать предъявляемым требованиям по полноте и точности обнаружения и противодействию нежелательной информации в условиях ее неполноты и противоречивости.
Бесплатно
Интеллектуальная система лифтов, управляемая агентами: алгоритм и оптимизация эффективности
Статья
В исследовании представлена инновационная интеллектуальная система лифтов, управляемая агентами, специально разработанная для сокращения времени ожидания пассажиров и повышения эффективности высотных зданий. Используя классическую модель планирования с одним агентом, мы разработали уникальную стратегию обработки вызовов из коридоров и автомобилей, и в сочетании с этой стратегией мы значительно улучшили общую производительность лифтовой системы. Наши интеллектуальные методы управления подробно сравниваются с традиционными системами лифтов, при этом оцениваются три важных показателя эффективности: время отклика, способность системы одновременно обрабатывать несколько активных кабин лифта и среднее время ожидания пассажира. Результаты полного моделирования показывают, что интеллектуальная модель на основе агентов неизменно превосходит обычные системы лифтов по всем измеряемым критериям. Интеллектуальные системы управления значительно сократили время отклика и улучшили одновременное управление лифтами и время ожидания пассажиров, особенно во время большой загруженности. Эти усовершенствования не только повысили эффективность потока трафика, но и в значительной степени способствовали удовлетворенности пассажиров и обеспечили более плавное и надежное перемещение внутри здания. Кроме того, повышенная эффективность наших систем соответствует целям управления энергопотреблением зданий, поскольку она сводит к минимуму ненужные движения и время простоя. Результаты демонстрируют способность системы соответствовать требованиям динамичной среды с высокой загруженностью и знаменуют собой значительный шаг вперед в интеллектуальном управлении инфраструктурой.
Бесплатно
Интеллектуальная схема распределения задач с учетом задержек вычислений в Edge-Fog-Cloud – обзор
Статья
Огромный объем данных, создаваемых процедурами Интернета вещей, требует вычислительной мощности и места для хранения, предоставляемого облачными, периферийными и туманными вычислительными системами. Каждый из этих способов вычислений имеет как преимущества, так и недостатки. Облачные вычисления улучшают хранение информации и вычислительные возможности, одновременно увеличивая задержку соединения. Периферийные и туманные вычисления предлагают аналогичные преимущества с уменьшенной задержкой, но имеют ограниченное хранилище, емкость и покрытие. Первоначально оптимизация применялась для решения проблемы сброса трафика. И наоборот, традиционная оптимизация не может удовлетворить жесткие требования к задержке принятия решений в сложных системах, варьирующейся от миллисекунд до долей секунды. В результате алгоритмы машинного обучения, особенно обучение с подкреплением, набирают популярность, поскольку они могут быстро решать проблемы разгрузки в динамических ситуациях, включающих определенные неопознанные данные. Мы проводим анализ литературы, чтобы изучить различные методы, используемые для решения этой интеллектуальной задачи по разгрузке задач с учетом задержек для облачных, периферийных и туманных вычислений. Уроки, полученные в результате этих исследований, затем представлены в настоящем отчете. Наконец, мы определяем некоторые дополнительные возможности для изучения и проблемы, которые необходимо преодолеть, чтобы достичь минимальной задержки в системе разгрузки задач.
Бесплатно
Статья
В работе рассматривается задача планирования согласованных движений для системы многозвенных роботов-манипуляторов. Одним из перспективных современных подходов к её решению является конфликтно-ориентированное планирование, позволяющее отказаться от построения комбинированного пространства поиска высокой размерности за счет перехода к последовательному решению совокупности задач более низкой размерности. Этот переход осуществляется путем задания пространственно-временных ограничений при наличии конфликта в индивидуальных планах манипуляторов и последующего пере-планирования с учетом наложенных ограничений. К сожалению, известные к настоящему моменту способы наложения ограничений оперируют отдельными моментами времени, что снижает их эффективность на практике. В данной работе представляется новый алгоритм конфликтно-ориентированного планирования, основанный не на точечных, а на интервальных временных ограничениях – GECBS-T. С теоретической точки зрения, предлагаемый алгоритм гарантирует ограниченную суб-оптимальность конструируемых решений, т.е. при любом наперёд заданном пользователем ограничении w > 1, стоимость решения GECBS-T не будет превышать стоимость оптимального решения более, чем в w раз. На практике же, предлагаемый алгоритм существенно превосходит аналогичные алгоритмы по скорости решения задач планирования, что подтверждается проведенными экспериментами в робототехническом симуляторе mujoco, включающими 2-4 робота-манипулятора Kuka с 7 степенями свободы каждый.
Бесплатно
Информационные технологии цифровой адаптационной медицины
Статья
В статье дана комплексная характеристика информационных технологий цифровой адаптационной медицины. Акцент сделан на применимость к разработке специализированных автоматизированных комплексов, программных моделей и систем изучения адаптационных возможностей человека к условиям внешней среды. Сформулированы требования к информационным технологиям повышения этих возможностей. Отражены особенности информационных технологий применительно к проведению прикладных системных исследований обеспечения жизнедеятельности, сохранения профессионального здоровья и продления долголетия человека. Охарактеризованы шесть базовых концепций адаптационной медицины с акцентом на особенности математического обеспечения обработки информации, определены приоритеты совершенствования информационных технологий, применяемых в этих концепциях. Рассмотрены информационные технологии, применяемые в задачах обеспечения профессиональной работоспособности человека с акцентом на необходимость применения адекватных методов диагностики состояния человека на всех этапах профессиональной деятельности и необходимости разработки технологий цифровых двойников, адекватно моделирующих адаптационные процессы и реакции организма в реальных условиях. Дана характеристика информационных технологий персонифицированного мониторинга рисков здоровью, позволяющих объективизировать воздействия физических факторов условий деятельности и реализовать индивидуальное и коллективное информирование персонала об опасности окружающей среды. Показана насущная необходимость стандартизации методов обработки информации при разработке информационных технологий цифровой адаптационной медицины в интересах обеспечения физиологической адекватности и математической корректности подходов к получению и обработке информации о состоянии человека. Сделаны выводы о том, что приоритеты совершенствования информационных технологий цифровой адаптационной медицины связаны с внедрением достижений четвёртой промышленной революции, в том числе, концепции социокиберфизических систем.
Бесплатно
Статья
В работе выполнен сравнительный анализ основных функциональных характеристик подводных беспроводных сенсорных сетей (ПБСС) со стационарной и гибридной коммуникационными архитектурами. Указанные ПБСС состоят из сенсорных узлов, расположенных на морском дне и надводных межсредных шлюзов, обеспечивающих передачу информационных пакетов между подводным и надводным сегментами сети. В стационарной ПБСС роль шлюзов выполняют заякоренные буи, в гибридной – мобильные транспортные платформы. С использованием математического аппарата, основанного на вероятностном подходе, проведена оценка функциональных характеристик альтернативных коммуникационных архитектур ПБСС с энергетической точки зрения - определены общие энергетические затраты сети на пересылку сообщений и время жизни сенсоров сети. Для численного анализа функциональных характеристик ПБСС рассмотрены достаточно широкие диапазоны изменения проектных параметров сети, таких как: размер акватории, требуемое количество и варианты размещения сенсорных узлов, вероятность доставки пакета в акватории (физические параметры среды), в которых осуществлялся поиск «оптимального» с энергетической точки зрения решения. Выполненное авторами исследование показывает, что мобильность играет важную роль в повышении качества функционирования подводной сети в аспектах покрытия (обеспечения связности), энергоэффективности и времени жизни. Мобильный элемент в виде волнового глайдера, выполняющий роль межсредного шлюза, способен функционировать в акватории в течение продолжительного времени, что говорит о перспективности его использования для прикладных задач сбора, накопления и ретрансляции информации в рамках интернета подводных вещей.
Бесплатно
