Информатика и автоматизация (Труды СПИИРАН)
Статьи журнала - Информатика и автоматизация (Труды СПИИРАН)
Все статьи: 237
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
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
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
Статья
Проблемы организации медицинской помощи в условиях пандемии COVID-19, связанные с неопределенностью и ограниченностью различных ресурсов, привели к необходимости совершенствования систем принятия решений при госпитализации пациентов. С помощью ситуационного управления можно улучшить процесс принятия решений, чтобы он лучше соответствовал текущей ситуации. При этом важным становится учет влияния психологических факторов на решения, принимаемые при госпитализации. В статье предлагается использование коалиционных игр для ситуационного управления при госпитализации больных. Игроками и участниками коалиции являются госпитали, бригады скорой помощи, пациенты и центры компьютерной томографии. Цель игры - сформировать коалицию участников, обеспечивающую максимальную выгоду по времени и стоимости госпитализации в момент принятия решения. Рассмотрены общая схема госпитализации, основные источники информации о ситуации, постановка и формализация проблемы. Проведен эксперимент, в котором проверялось формирование коалиции во время госпитализации на основе данных, полученных при анализе динамики пандемии COVID-19. В связи с малым объемом данных и отсутствием апробированных моделей развития ситуации при проведении расчета часть параметров была оценена с использованием эвристических моделей развития ситуации, основанных на анализе информации из открытых источников информации. Результат эксперимента содержит набор коалиций, обеспечивающих максимальную выгоду, при указанных ограничениях. При этом время расчета коалиционной игры позволяет использовать предложенную модель поддержки принятия решений при госпитализации в диспетчерской службе станций скорой помощи.
Бесплатно
Использование онтологии для анализа английских комментариев в социальных сетях
Статья
Чат-боты заинтересовывают многих пользователей по мере того, как технологии становятся все более продвинутыми. Потребность в обмене информацией между людьми через компьютерные системы увеличивается с каждым днем, в результате чего в большинстве стран растет предпочтение использовать чат-боты. Поскольку Вьетнам является развивающейся страной с множеством этнических групп, требуется усиленное внимание к распространению социальных сетей и расширению кооперативной экономики. Серьезной проблемой стало неуместное использование слов в повседневной жизни. В социальных сетях встречаются неоднозначные отзывы с похвалой и критикой о том, что мы пытаемся уменьшить использование негативной лексики и улучшить качество использования языка в социальных сетях. Мы стремимся удовлетворить потребности пользователей в социальных сетях, способствовать экономическому развитию и более эффективно решать социальные проблемы. Для достижения этих целей предлагается метод глубокого обучения, использующий интеллектуальный анализ онтологических знаний для сбора и обработки комментариев в социальных сетях. Этот подход направлен на улучшение пользовательского опыта и облегчение обмена информацией между людьми путем анализа мнений в комментариях. Результаты экспериментов показывают, что наш метод превосходит традиционный подход.
Бесплатно
Статья
Использование радиолокационных спутниковых данных в мониторинге сельскохозяйственных культур является перспективным дополнением методов и технологий, базирующихся на анализе мультиспектральных изображений. К основным достоинствам радиолокационных вегетационных индексов относится их чувствительность к поляриметрическим свойствам принимаемого сигнала, а также независимость от облачности. Это особенно важно для территории юга российского Дальнего Востока, муссонный климат которого обеспечивает влажную и облачную погоду в период набора сельскохозяйственными культурами максимальной биомассы. Для оценки возможностей радиолокационных спутниковых данных на примере пахотных земель Хабаровского края и Амурской области были проанализированы 64 снимка космического аппарата Sentinel-1 за период наблюдений с мая по октябрь 2021 года. Для каждого снимка были рассчитаны значения индексов DpRVI, RVI, VH/VV и построены временные ряды для всего периода наблюдений по отдельным полям (всего 342 поля). По мультиспектральным снимкам Sentinel-2 с использованием маски облачности были построены временные ряды NDVI. Были рассчитаны характеристики экстремумов временных рядов для разных типов пахотных земель: сои, овса, и залежи. Показано, что для каждой сельхозкультуры кривые сезонного хода DpRVI, RVI, VH/VV имели характерный вид. Установлено, что индекс DpRVI продемонстрировал наиболее высокую устойчивость – коэффициенты вариации сезонного хода DpRVI были существенно ниже показателей для RVI и VH/VV. Также было выявлено, что сходство между сезонным ходом индексов сохранялось для удаленных друг от друга регионов – Хабаровского края и Амурской области. Были рассчитаны основные характеристики сезонного хода временных рядов радиолокационных индексов в сравнении с NDVI – величина максимума, дата наступления максимума и вариабельность этих показателей. Установлено, во-первых, что значения этих показателей в разных регионах схожи между собой; во-вторых, вариабельность максимума и дня наступления максимума для DpRVI ниже, чем для RVI и VH/VV; в-третьих, вариабельность максимума и дня наступления максимума для DpRVI сопоставима с NDVI. Таким образом, можно сделать вывод о том, что временные ряды радиолокационных индексов DpRVI, RVI, VH/VV для основных типов сельскохозяйственных земель Дальнего Востока имеют отличительные особенности и могут быть использованы в задачах классификации, моделирования урожайности и контроля севооборота.
Бесплатно
Статья
Одним из направлений дальнейшего совершенствования и повышения эффективности применения технических объектов при решении ими целевых задач является применение информационно-управляющих систем (ИУС) для управления сложными техническими объектами. Существующие современные ИУС представляют собой комплекс аппаратно-программных средств, предназначенных для сбора, обработки и хранения информации и управления. В условиях наличия большого количества информации, противоречивых факторов, влияющих на качество управления, принятие обоснованных и своевременных решений в процессе управления невозможно без применения ИУС. Разрабатываемые ИУС, как правило, являются специализированными системами и проектируются для решения конкретных задач. В связи с этим разработка и проектирование ИУС должны проводиться с учетом взаимосвязи с целевыми показателями и особенностями объектов управления, а также результатами всестороннего анализа информации о параметрах ИУС, влияющих на показатели их эффективности. Использование математических моделей для исследования вариантов построения ИУС является основой проектирования и разработки устройств и подсистем ИУС. Разрабатываемые в настоящее время модели ИУС, как правило, позволяют проводить исследования для одностадийных процессов управления с наличием в системе однотипных объектов обслуживания. В то же время современные технические объекты и системы управления представляют собой сложные комплексы с циклически повторяющимися процессами управления разнотипными средствами. Как правило, в таких комплексах имеется набор параллельно работающих устройств (каналов управления), обеспечивающих управление разнотипных объектов на различных стадиях обработки информации. В этом случае структуру ИУС необходимо представлять в виде многофазной многоканальной технической системы, в которой происходит процесс одновременного управления несколькими объектами различных типов. В связи с этим целью статьи является разработка и исследование математической модели ИУС с двумя фазами обработки и наличием определенного количества обслуживающих разнотипных устройств. Основой модели является многофазная сетевая модель системы массового обслуживания. Исследование модели позволяет выбрать вариант построения ИУС, в частности выбрать оптимальное количество каналов обработки для различных типов объектов по критерию оптимальности с учетом ограничений по стоимости и времени обслуживания. Разработан алгоритм выбора варианта построения ИУС и приведен пример расчета количества каналов обработки в двухфазной системе при управлении тремя типами объектов.
Бесплатно
Статья
Рассматривается новый подход к синтезу самопроверяемых устройств, основанный на контроле вычислений контролируемыми объектами с помощью кодов Хэмминга, проверочные символы (контрольные биты) которых описываются самодвойственными функциями. При этом структура работает в импульсном режиме, что фактические основано на внесении временнóй избыточности при построении самопроверяемого устройства. Это, к сожалению, приводит к некоторому снижению быстродействия, однако существенно повышает характеристики контролепригодности, что особенно актуально для устройств и систем критического применения, входные данные для которых изменяются не столь часто. Дается краткий обзор методов построения схем встроенного контроля на основе свойства самодвойственности вычисляемых функций. Приведены основные структуры организации схем встроенного контроля. Отмечены предполагаемые пути развития теории синтеза схем встроенного контроля на основе проверки принадлежности вычисляемых функций классу самодвойственных булевых функций. Установлены все возможные значения числа информационных символов для кодов Хэмминга, которые будут обладать свойством самодвойственности функций, описывающих контрольные биты. Кодеры таких кодов Хэмминга будут являться самодвойственными устройствами. Так как функции, описывающие контрольные биты кодов Хэмминга, являются линейными, то для того, чтобы они были самодвойственными необходимо, чтобы в каждой из них использовалось нечетное количество аргументов. Доказано, что число разрядов кодовых слов кодов Хэмминга с самодвойственными контрольными функциями равно n=3+4l, l∈N0. Приводятся результаты моделирования самодвойственных устройств со схемами встроенного контроля по двум диагностическим признакам в среде Multisim. Предложен способ модификации структуры контроля вычислений по двум диагностическим признакам, позволяющий использовать любой линейный блоковый код (не обязательно код Хэмминга). Он основан на дооснащении кодера устройством преобразования функций в самодвойственные. Фактически это устройство для формирования модифицированного кода. Доказано, что для получения модифицированного кода Хэмминга с самодвойственными контрольными функциями для случаев n≠3+4l, l∈N0, достаточно сложить по модулю M=2 несамодвойственную контрольную функцию с функцией старшего информационного бита.
Бесплатно
Статья
Представлен метод итеративной настройки параметров моделей на основе ансамблей деревьев с использованием настройки байесовских гиперпараметров для прогнозирования состояний на примере рака молочной железы. Предлагаемый метод использует три различных набора данных, в том числе набор данных по диагностическому раку молочной железы Висконсина (WDBC), набор данных по надзору, эпидемиологии и конечным результатам (SEER) по раку молочной железы и набор данных по раку молочной железы в Коимбре (BCCD), а также реализует набор данных на основе древовидных ансамблей. Модели, в частности AdaBoost, Gentle-Boost, LogitBoost, Bag и RUSBoost, для прогнозирования рака молочной железы. Байесовская оптимизация использовалась для итеративной настройки гиперпараметров моделей, а производительность моделей оценивалась с использованием нескольких показателей, включая точность, прецизионность, полноту и оценку f1. Наши результаты показывают, что предложенный метод значительно повышает производительность моделей на основе ансамблей деревьев, что приводит к более высокой точности, прецизионности, полноте и оценке f1. По сравнению с другими современными моделями предлагаемый метод более эффективен. Он достиг 100% идеальных результатов по точности, прецизионности, полноте и оценке F1 в наборе данных WDBC. В наборе данных SEER BC точность метода составила 95,9%, прецизионность 97,6%, полнота 94,2% и оценка F1 95,9%. Для набора данных BCCD метод достиг точности 94,7%, прецизионности 90%, полноты 100% и оценки F1 94,7%. Результаты этого исследования имеют важное значение для медицинских работников, поскольку раннее выявление рака молочной железы может значительно повысить шансы на выживание. В целом, это исследование вносит ценный вклад в область прогнозирования рака молочной железы с использованием машинного обучения.
Бесплатно
К 90-летнему Юбилею Юсупова Рафаэля Мидхатовича
Статья
17 июля 2024 года исполнилось 90 лет Юсупову Рафаэлю Мидхатовичу, доктору технических наук, профессору, члену-корреспонденту РАН, заслуженному деятелю науки и техники РСФСР, научному руководителю Санкт-Петербургского института информатики и автоматизации Российской академии наук (СПИИРАН).
Бесплатно
Калмановская фильтрация одного класса изображений динамических объектов
Статья
Рассматривается задача оценивания состояния динамического объекта по наблюдаемым изображениям, сформированным оптической системой. Цель исследования состоит в реализации нового подхода, обеспечивающего повышение точности автономного слежения за динамическим объектом по последовательности изображений. Используется векторная модель изображения объекта в виде ограниченного количества вершин (базовых точек). Предполагается, что в процессе регистрации объект удерживается в центральной области каждого кадра, поэтому параметры движения могут описываться в виде проекций на оси системы координат, связанной с оптической осью камеры. Новизна подхода состоит в том, что наблюдаемые параметры (расстояние вдоль оптической оси и угловое положение) объекта вычисляются по координатам заданных точек на изображениях объекта. Для оценки состояний объекта строится фильтр Калмана-Бьюси в предположении, что движение динамического объекта описывается совокупностью уравнений поступательного движения центра масс вдоль оптической оси и изменений углового положения относительно плоскости изображения. Приведен пример оценивания углового положения объекта, иллюстрирующий работоспособность предложенного метода.
Бесплатно
Каскадный классификатор для обнаружения и идентификации птиц в видеопотоке
Статья
В статье представлен разработанный метод и прототип программы для определения наличия птиц в видеопотоке данных в режиме реального времени. Этот метод основан на использовании каскадного классификатора, который был применен для решения задачи обнаружения и идентификации птиц в биоакустической установке отпугивания птиц в аэропорту Томска. В рамках исследования был использован каскадный классификатор Виолы-Джонса, который является одной из реализаций алгоритма каскад Хаара. Этот алгоритм позволяет с высокой точностью и скоростью обнаруживать объекты на изображениях и видео. В данном случае классификатор был обучен на наборе данных, содержащем изображения птиц, что позволило достичь высокой точности обнаружения и идентификации птиц на видео. Также приведены результаты оценки возможностей созданного классификатора и продемонстрирована его высокая результативность. В ходе исследования были использованы различные методы машинного обучения и анализа видеоданных, что позволило получить точные и надежные результаты. В целом, данная работа представляет собой инновационный подход к решению актуальной задачи защиты аэропортов от птиц. Применение разработанного метода позволило повысить эффективность работы биоакустической установки отпугивания птиц и обеспечить безопасность полетов в аэропорту Томска, снизив вероятность столкновения самолетов с птицами. Новизна работы заключается в применении метода Виолы-Джонса к задаче обнаружения и идентификации птиц с оценкой его результативности. Таким образом, представленная в статье работа является важным вкладом в развитие методов обнаружения и идентификации объектов на видео и может быть использована в других областях, где требуется автоматическое обнаружение и классификация объектов в видеопотоке данных.
Бесплатно
