2015 год, №1

Содержание выпуска
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДИСКРЕТНЫХ СТРУКТУР ЗНАНИЙ
СУББОТИН С.А.
Стр. 5 — 11
Разработано математическое обеспечение, позволяющее представлять на едином языке различные модели знаний и содержащее процедуры, автоматизирующие взаимное преобразование экспертных знаний. Созданная программа имеет модульную структуру и включает подсистемы для различных моделей представления знаний. Подсистема моделирования семантических сетей содержит функции для создания структуры семантической сети, добавления в нее узлов и связей, удаления узлов и связей, для графического отображения семантической сети с круговым, случайным и иерархическим расположением узлов, а также функцию дляорганизации поиска подсети-запроса в сети-базе знаний. Подсистема моделирования фреймовых сетей содержит функции для создания структуры фреймовой модели, создания фреймов, добавления фреймов-узлов в сеть и удаления их из сети, добавления и удаления связей между фреймами, графического отображения иерархической фреймовой модели, а также функцию для организации поиска на фреймах. Подсистема моделирования продукционных моделей включает набор функций для создания, модификации и обработки знаний на основе продукционных моделей: функции создания структуры модели, добавления переменной и вопроса, добавления правила, графического отображения сети правил, поиска решений на основе продукционной модели с использованием различных стратегий разрешения конфликтов правил. Подсистема преобразования и анализа структур представления знаний позволяет осуществлять взаимные преобразования знаний из семантических сетей, фреймовых и продукционных моделей.
АРХИТЕКТУРА СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АГЕНТОВ ДЛЯ ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
ПАВЛОВ А.И., СТОЛБОВ А.Б.
Стр. 12 — 16
В работе рассматриваются проблемы автоматизации процесса создания имитационных моделей сложных систем. В качестве основной парадигмы моделирования выбран многоагентный подход. Предложена архитектура системы поддержки проектирования многоагентных моделей. Основными задачами системы являются формализация и использование концептуальной модели предметной областипри создании агентов, поддержка процесса преобразования концептуальной модели в агентную модель, снижениеквалификационных требований в области программирования для специалистов-предметников, организация совместной работы коллектива исследователей. Оригинальность предлагаемой системы заключается в явном представлении концептуальной модели за счет описания сущностей и связей предметной области в форме онтологии и в использовании системной базы знаний, содержащей правила преобразования онтологии в агентную модель. При использовании системы специалисты-предметники разрабатывают структуру и поведение агентов с помощью декларативного описания. Возможность декларативного описания агента предложено осуществлять на основе хранения информации о структуре и поведении агента отдельно от его реализации. Для этого предлагается разработать механизм описания агента, позволяющий единообразно создавать классы агентов, существенно отличающихся друг от друга по своей структуре и поведению. Реализующий такой механизм типовой (унифицированный) агент будет обладать следующей структурой: блок состояний, содержащий значения характеристик агента; декларативный блок, содержащий стратегию поведения агента, формализованную в виде продукционных правил; императивный блок, содержащий программную реализацию расчетных процедур, используемых в процессе логического вывода. Для реализации декларативного блока типового агента использованы современные инструментальные средства проектирования экспертных систем.
СПЕЦИФИКАЦИЯ ЗАДАЧ В САМООРГАНИЗУЮЩЕЙСЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЕ
ДРОЖДИН В.В., ШАЛАЕВ А.А.
Стр. 17 — 20
Для обеспечения самомодификации и совершенствования самоорганизующаяся информационная система должна выявлять различные внутрисистемные проблемы, для устранения которых необходимо формулировать и решать задачи. В данной статье приведена общая спецификация задачи и определены ее компоненты. Для метода решения предложено использовать семантическое и конструктивное описания. Определены правила соответствия метода решаемой задаче и рассмотрены способы формирования метода, удовлетворяющего ей. Отмечено преимущество использования в самоорганизующейся информационной системе недоопределенных за-дач и предложены способы доопределения задачи в случаяхнеполного покрытия области определения задачи областью определения метода, неполного удовлетворения ограничений метода решения условиям задачи, отклоненияот эквивалентности преобразования исходных данных в результат в методе решения и способе преобразования данных, инициированного проблемой. Семантическую спецификацию задачи предложено представлять в виде понятия-задачи и отношения между понятиями. Понятие-задача содержит идентификатор, состав, содержание, метод решения, внешнее описание и макро-свойства. Между понятиями-задачами могут устанавливаться отношения агрегации, классификации, обобщения и абстрагирования. Семантические спецификации задач, известных и решаемых в системе, могут быть использованы для формирования слоя задач в семантическом пространстве «проблема–задача–подзадача–метод решения–знания». Таким образом, формулирование и решение задач дают возможность системе устранять возникающие проблемы в процессе ее функционирования, а использование недоопределенных задач существенно расширяет возможности системы по устранению проблем и позволяет сделать этотпроцесс эффективным.
ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ АРГУМЕНТАЦИИ СО СТЕПЕНЯМИ ОБОСНОВАНИЯ
ВАГИН В.Н., МОРОСИН О.Л.
Стр. 21 — 27
В данной работе приводится краткий обзор подходов к формализации аргументации и рассматривается программная реализация системы аргументации на основе пересматриваемых рассуждений. Классические методы логического вывода плохо применимы для работы с противоречивыми данными, поэтому для обработки таких данных в интеллектуальных системах предлагается использовать аргументацию. Кроме того, в работе рассматривается вопрос об использовании степеней обоснования в пересматриваемых рас-суждениях. Степени обоснования позволяют эффективнее моделировать различные задачи аргументации и не только отвечать на вопросы о правдоподобности того или иного утверждения, но и давать числовую оценку аргументами контраргументам. Рассматривается архитектура разработанной системы аргументации, приводятся основные методы и алгоритмы: алгоритм поиска конфликтов, алгоритм вывода новых аргументов, алгоритм вычисления степеней обоснования и некоторые другие. В заключении статьи приводится пример применения системы для задачи, содержащей противоречия.
КОГНИТИВНАЯ НАВИГАЦИЯ И АЛГОРИТМ ПОСТРОЕНИЯ ТЕКСТОВОГО ОПИСАНИЯ МАРШРУТА В УДОБНОМ ДЛЯ ЧЕЛОВЕКА ВИДЕ
ПЕСТУН М.В.
Стр. 28 — 33
Взаимодействие компьютера с человеком при описании маршрута (указания к перемещению, как, например, в автомобильном навигаторе) на сегодняшний день обладает слабой выразительностью, что осложняет его восприятие. Кроме того, современные картографические системы не подстраиваются под знания пользователя и не выделяют важную именно для него информацию, что уменьшает уровень их удобства. В данной статье рассматриваются общие методы организации когнитивной навигации и алгоритм построения текстового описания маршрута для навигации на местности в виде, удобном для человека. Система учитывает персональные знания пользователя об объектах недвижимости и организациях, его предпочтения и накопленные знания об окружении, пройденные ранее маршруты. В тех случаях, когда местность незнакома или малознакома пользователю, в описании маршрута используются популярные с точки зрения общественного мнения объекты. Разработка рассматриваемого в данной статье алгоритма базируется на системе построения маршрутов Google Maps и предлагаемой в комплекте библиотеке API. Система Google Maps используется как уже готовая и зарекомендовавшая себя с хорошей стороны картографическая система, обладающая исчерпывающей информационной базой (однако не всегда достаточной, поэтому в данной работе используется ее расширение за счет собственных источников). Алгоритм является универсальным и может работать на основе любых картографических систем. Данная работа частично опирается на исследования когнитивной функции человека по навигации, проведенные автором совместно с факультетом психологии МГУ им. М.В. Ломоносова в системе виртуальной реальности CAVE.
ПОДХОД К ОЦЕНКЕ СЛОЖНОСТИ ДИАГРАММ SADT (IDEF0)
УСКОВ А.А., ЖУКОВА А.Г.
Стр. 34 — 37
Методология SADT (Structured Analysis and Design Technique) и ее составная часть IDEF0 широко используются для моделирования бизнес-процессов, программных систем, а также технологических и производственных процессов. Для реализации методологии SADT существует разнообразный арсенал CASE-средств. Построение SADT-модели начинается с представления всейсистемы в виде одного блока и дуг, изображающих интерфейсы системы с окружающей средой, то есть так называемой контекстной диаграммой. Затем указанный блок декомпозируется на диаграмме декомпозиции на ряд блоков, соединенных интерфейсными дугами. Эти блоки пред-ставляют собой подфункции исходной функции, каждая из которых при необходимости далее декомпозируется подобным образом до достижения требуемой детализации модели. В статье предложен новый подход к оценке сложности восприятия моделей SADT на основе учета особенностей функционирования кратковременной (оперативной) памятичеловека и процесса переноса данных из кратковремен-ной памяти в долговременную. Введены в рассмотрение коэффициент сложности восприятия модели и формулы для его вычисления, что позволяет проводить сравнение и оптимизацию SADT-моделей по данному параметру. Проведен анализ коэффициента сложности восприятия для случая однородной SADT-модели (модели, имеющей одинаковое количество блоков на всех диаграммах), подтвердивший известный эмпирический принцип: число блоков диаграммы должно находиться в диапазоне 3–6. Анализ неоднородной двухуровневой SADT-модели показал, что для уменьшения коэффициента сложности восприятия нужно выбирать такую стратегию декомпозиции, чтобы с ростом уровня декомпозиции снижалось число блоков на диаграммах. Предложено для повышения точности оценок сложности восприятия SADT-моделей использовать адаптируемые нечеткие системы, при этом теоретическую оценку коэффициента сложности восприятия использовать как априорную информацию, а экспериментальные данные – как обучающую выборку.
SOFTWARE SYSTEM OF DISTRIBUTED DESIGN OF COMPLEX VHDLOBJECTS
АФАНАСЬЕВ А.Н , ХОРОДОВ В.С.
Стр. 38 — 42
В данной статье рассмотрены архитектура системы распределенного проектирования сложных VHDL-объектов и технологии ее работы. Представлены основные функциональныемодули, являющиеся подсистемами, и их взаимосвязи. В основу организации системы положен многоагентый подход, разработано восемь типов ролевых агентов. Представлено описание действующих агентов, которое позволяет понять роль и место каждого агента как в работе всей системы, так и при формировании полноценного проектного решения. Методологической базой проектирования служат структурно-функциональные лингвистические модели, которые формируются из VHDL-описания проектируемого устройства. Описаны особенности структуры программы на языке VHDL для создания библиотеки объектов, параллельного решения проектных задач несколькими проектировщиками, использования объектов из других проектов и тестирования проектов по одинаковой методике. Представлен процесс работы проектировщиков с системой – от формирования спецификаций на проектируемые устройства до сохранения проектных решений в базе знаний. Описано применение концепции MVC в виде диаграммы последовательности для описания функционала авторизации и трансляции кода на языке описания аппаратуры VHDL в структурно-функциональную лингвистическую модель. Предложенная система обеспечивает создание и наполнение библиотеки VHDL-программ, которая позволит многократно использовать проектные решения путем модификации данных с учетом требований к новым задачам. Внедрение системы позволяет сделать проектирование более эффективным за счет передачи агентам части рутинных операций (поиск и синтез проектных решений), а также повысить качество управления процессом коллективного проектирования и сократить затраты на разработку.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ БИБЛИОТЕКИ INTEL MKL В ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ПРОГРАММАХ НА ЯЗЫКЕ Т++ ДЛЯ Т-СИСТЕМЫ С ОТКРЫТОЙ АРХИТЕКТУРОЙ
РОГАНОВ В.А., КУЗНЕЦОВ А.А., МАТВЕЕВ Г.А., ОСИПОВ В.И.
Стр. 43 — 48
Реализация параллельных вычислений в большей мере является проблемой программного обеспечения. Самый распространенный подход к разработке параллельных программ основан на использовании программных пакетов типа MPI (Message Passing Interface,интерфейс передачи сообщений). При этом такой подход требует от разработ-чика большого объема знаний, а также значительных временных затрат на разработку и отладку параллельных про-грамм. В разработанной в ИПС РАН Т-системе реализован подход, при котором большая часть решений по распараллеливанию принимается динамически в процессе выполнения программ. Входной язык для Т-системы – язык Т++, а приложения, разработанные для Т-системы, являются Т-приложениями или Т-программами. В статье дается краткий обзор продуктов и компонентов математической библиотеки Intel Math Kernel Library (Intel MKL), которая содержит большой набор математических функций и может использоваться в параллельных Т-приложениях для ускорения процесса счета и достижения максимальной производительности. В работе рассматриваются режимы использования математической библиотекиIntel MKL на кластерах, имеющих процессоры Intel Xeon и один или несколько ускорителей (сопроцессоров) Intel Xeon Phi компании Intel. Приводится несколько демонстрационных примеров использования библиотеки на языках Си и Т++. В работе показано, как использование математической библиотеки влияет на эффективность выполнения параллельных Т-программ. Все эксперименты проводились на энергоэффективном суперкомпьютере «РСК Торнадо ЮУрГУ» Южно-Уральского государственного университета.
ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ КОНВЕРТЕРА ДЛЯ ПЕРЕВОДА ПРОЕКТОВ, ВЫПОЛНЕННЫХ В СРЕДЕ MS DOS, В ПРОЕКТЫ MS WINDOWS
ЗЕНКОВ В.В.
Стр. 49 — 54
Созданные в прошлом для работы в операционной системе MS DOS и работающие по сей день программные продукты вызывают у пользователей и разработчиков желание перепрограммировать их с помощью современных инструментальных средств MS Windows или иной операционной системы. Речь идет о крупных проектах, которые необходимо перенести на новую операционную среду и новые инстру-ментальные средства: базы данных и средства разработкигеоинформационных систем. Главное, что нужно учиты-вать при переделке проекта, – имеется ли в новой операционной системе инструмент, с помощью которого выполнен старый проект. Работающие в MS DOS распространенные языки программирования высокого уровня имеют конвертеры для преобразования исходных текстов программ на современные языки программирования С++ и Visual Basic. С их по-мощью переделка проектов существенно упрощается. Однако старый проект может быть выполнен в некой инстру-ментальной среде, которая не имеет конвертера, преобразующего проект для новой операционной системы. Тогда альтернативой перепрограммированию проекта на один из современных языков будет конвертер проектов, создан-ных инструментальным средством, использованным при их разработке. Речь идет не о создании конвертера для ста-рого инструментального средства, которое отжило свое, а о разработке конвертера проектов, созданных с его помо-щью. Конвертер проектов конвертирует старый проект и средства старого инструмента, использованные в старых проектах. При создании конвертера проектов требуются знания инструментария, использованного при создании старого проекта, языка (языков) программирования, языка, на который ориентируется конвертер, и тех современных СУБД и геоинформационных систем, которые предполагают использовать в новых проектах. Данная работа интересна, тру-доемка и требует достаточно высокой квалификации исполнителей. Ее выполнение целесообразно при довольно большом объеме конвертируемых проектов. Данная статья посвящена принципам разработки конвертера проектов на основе опыта разработки конвертера проектов, созданных с помощью системы Фрагмент. Задача конвертера состоит в том, чтобы автоматически создать сам файл проекта, перенести старые базы данных в новые(новую базу) и старые файлы с данными в новые файлы, старые диалоговые формы переделать в новые формы. При этом в начале работы нужно выбрать новый язык про-граммирования и новую СУБД. Если старый проект имеет функции геоинформационной системы, то в дополнение нужно выбрать геоинформационную систему из числа существующих.
ПАРАЛЛЕЛЬНЫЕ АЛГОРИТМЫ ВЫЧИСЛЕНИЯ ЛОКАЛЬНЫХ МИНИМУМОВ ЦЕЛОЧИСЛЕННЫХ РЕШЕТОК
КУЗЬМИН О.В., УСАТЮК В.С.
Стр. 55 — 62
Сделан обзор методов решения задач поиска кратчайшего базиса (Shortest basis problem) и кратчайшего вектора в решетке (Shortest Vector Problem). Для обобщенного метода приведения базиса решеток – блочного метода Коркина– Золотарева (Block Korkin–Zolotarev) – продемонстрированметод декомпозиции алгоритмов ортогонализации базиса и поиска кратчайшего вектора в целочисленной решетке.Представлены доказанные ранее оценки точности решения задач поиска кратчайшего вектора и кратчайшего базиса целочисленной решетки в зависимости от метода приведения базиса. Получены экспериментальные оценки точности представления чисел в алгоритмах ортогонализации и поиска кратчайшего вектора на ансамблях случайных решеток и на решетках, сложных по Гольштейну–Майеру. Продемонстрировано падение эффективности слабосвязанных параллельных вычислительных устройств с ростом размерности решетки, обусловленное необходимостью роста точности представления чисел. Полученный параллельный алгоритм позволяет осуществить линейное ускорение алгоритма поиска локальных минимумов в решетке в зависимости от числа вычислительных устройств, допускающих выполнение сколь угодно точной арифметики. Про-ведено экспериментальное сравнение параллельных реализаций алгоритма поиска кратчайшего вектора на видео- картах CUDAENUM и многоядерных мультипроцессорных конфигурациях parENUM. Представленный алгоритм продемонстрировал сходный результат на решетках малой размерности и существенно лучший в случаях высокой размерности в сочетании с использованием экстремального отсечения ветвей в алгоритме Каннана. Реализация представленного алгоритма заняла первое место среди методов приближенного поиска кратчайшего вектора в случайных ансамблях решеток, построенных на сложных по Голдштейну–Майеру идеалах кольца кругового многочле-на.
ПРИМЕНЕНИЕ СВОБОДНО РАСПРОСТРАНЯЕМОГО ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИТ-ПРОЕКТАМИ В ГОССЕКТОРЕ
БУНОВА Е.В., ШУРЫГИН А.Н.
Стр. 63 — 67
Рассматривается возможность использования свободно распространяемого программного обеспечения для эффективного управления ИТ-проектами в государственномсекторе экономики на примере реализации проекта «Электронное правительство», выполняемого на территории Челябинской области. Масштабный проект внедрения «Электронного правительства» характеризуется такими особенностями, как многоуровневая структурная организацияи территориальная распределенность, большое количество источников и потребителей информации, внешних систем различных организаций с различными форматами обмена информацией, большое количество функций и сложные взаимосвязи между ними, отсутствие полных аналогов, ограничивающих использование типовых программных решений. В ходе выполнения проекта в Челябинской области была реализована функциональная модель эффективного взаимодействия участников проекта «Электронное правительство» – компании «ЛАНИТ-Урал» и Южно-Уральского государственного университета с использованием свободно распространяемой системы управления проектами Redmine для организации совместной работы. Разработанный подход к организации взаимодействия членов рабочей группы проекта позволяет компании-интегратору привлечь к реализации проекта дополнительных квалифицированных сотрудников из числа преподавателей вуза, а также развивать и адаптировать к условиям реальных проектов студентов, участвующих в проекте.
ТЕСТИРОВАНИЕ ПАМЯТИ В МНОГОПРОЦЕССОРНЫХ СИСТЕМАХ
ЛАВРИНОВ Г.А.
Стр. 68 — 71
Одним из основных элементов вычислительной системы является память. В зависимости от сферы применения многопроцессорных систем к памяти предъявляются различные требования: по информационной емкости, по быстродействию и т.д. При построении таких систем тестирование памяти является одним из важнейших этапов тестирования системы в целом. Тестирование памяти разделяется на тестирование шины адреса, шины данных и проверку ячеек памяти тестируемого устройства. По способу тестирования ОЗУ в вычислительной машине можно разделить на локальное, непосредственно доступное с процессорного элемента, и удаленное, с доступом на запись и чтение памяти через коммуникационную среду для систем с распределенной памятью. В статье рассматривается подход удаленного тестирования ОЗУ в многопроцессорной системе с коммуникационной средой RapidIO. Приведена процедура тестирования на примере процессоров 1890ВМ6Я. На основе базовых тестов ОЗУ (проверка собственного адреса, бегающая единица (или ноль) и проверка случайных значений) приведены результаты сравнения времени тестирования в зависимости от устройства исполнения тестов. Производится оценка эффективности использования данного подхода. Данный подход позволяет обходиться минимальным набором аппаратных средств.
ПОСТРОЕНИЕ КОРПУСА ТЕКСТОВ ДЛЯ НАСТРОЙКИ ТОНОВОГО КЛАССИФИКАТОРА
РУБЦОВА Ю.В.
Стр. 72 — 78
В работе представлен инструмент для сбора и анализа корпуса коротких текстов. Первый модуль инструмента – сбор текста (парсер). Второй модуль отвечает за обработку корпуса и состоит из двух частей: морфологической раз-метки корпуса и составления общетематического словаря эмоциональной лексики (извлечения списков наиболее часто употребляемых слов и словосочетаний с целью выделения значимых слов для положительных и отрицательных текстов); при этом для каждого слова и словосочетания рассчитывается набор статистических характеристик, свойственных для положительной или отрицательной окраски текста. Таким образом, в работе описываются инструмент для сбора и анализа корпуса коротких текстов, а также собранный с помощью этого инструмента корпус коротких текстов современного русского языка, доступный для публичного ознакомления. Более того, на основе корпуса текстов был построен словарь эмоциональной лексики.Для каждого термина или словосочетания в словаре рассчитан статистический вес значимости слова для класса положительных или отрицательных текстов. Полученные результаты используются для построения и тренировки тонового классификатора.
ОПЕРАТИВНЫЙ МОНИТОРИНГ СТРУКТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБЪЕКТОВ НА КОСМИЧЕСКИХ СНИМКАХ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
КАНДОБА И.Н., БРОВКО Е.А., КОРНИЛОВ Ф.А., ПЕРЕВАЛОВ Д.С.
Стр. 79 — 86
Рассматривается задача обнаружения и оценки степени изменений объектового состава на земной поверхности по данным дистанционного зондирования Земли из космоса. Значительную часть этих данных составляют космические снимки различных участков местности. Предлагаются эффективные методы обработки и анализа разновременных космических снимков одного и того же участка местности с целью оценки степени структурных изменений изображений географических объектов – объектового состава цифровых топографических карт. Под структурным изменением прежде всего понимается изменение формы границы изображения объекта. К структурным изменениям относятся и существенные изменения наблюдаемой сцены типа появления или исчезновения объекта. Разработанные методы обнаружения, выделения и анализа областей, содержащих значительные структурные изменения изображений топографических объектов различных классов, обладают высокой степенью автоматизации. Предлагаемые методы программно реализованы в рамках специализированного модуля, который интегрирован в линейку инструментальных средств геоинформационной системы «ENVI». Этотмодуль можно использовать для эффективного решения широкого круга актуальных прикладных задач. К числу таких задач относится оперативный анализ актуальности существующих цифровых топографических карт различных масштабов с целью принятия решения об обновлении отдельных номенклатурных листов цифровых топографических карт того или иного масштаба в зависимости от степени выявленных структурных изменений изображений объектов на разновременных космических снимках соответ-ствующего участка местности. Важными, социально-значимымиявляются и задачи оперативного мониторинга техногенных катастроф, оценки сейсмической опасности территорий, оперативного экологического мониторинга окружающей среды и др.
ПОДХОД К МОДЕЛИРОВАНИЮ ПРОЦЕССА ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЛИПТИЧЕСКИХ ОРБИТ СПУТНИКОВОЙ СИСТЕМЫ
ДОРОНКИНА А.Н.
Стр. 87 — 91
В работе предложен подход к моделированию эллиптических орбит спутниковой системы непрерывного обзора поверхности Земли для оптимизации их параметров. С этой целью анализируются варианты решения задачи оптимизации такого обзора спутниковой системой с орбитами эллиптического типа, описываются условия, характеризующие модель движения данной спутниковой системы. Рассматривается кеплеровская модель движения спутника в декартовой (гринвичской) системе координат с началом в центре Земли. При этом для нахождения истинной аномалии используется алгоритм, включающий решение уравнения Кеплера методом последовательных приближений. Дается обоснование критерия оптимальности параметроворбит спутников, системы ограничений оптимизационной задачи. Определяются геоцентрический угловой радиус, изменяющийся с течением времени при полете искусственного спутника Земли от своего перигея к апогею, и угол обзора спутника. Выбрана критериальная функция, пред-ставляющая собой геоцентрическое угловое расстояние между радиус-векторами спутников и текущей точкой земной поверхности в текущий момент времени. Обоснован выбор параметров оптимизации. Учитывая то, что система состоит из групп спутников, движущихся по одной орбите, размерность задачи может быть существенно снижена. Сформулирована в явном виде оптимизационная задача. Проведено моделирование движения спутников в исследуемой спутниковой системе с использованием среды программирования MathCAD2014. В качестве примера на фоне карты Земли построены траектории движения подспутниковых точек трех искусственных спутников Земли с характеристиками, соответствующими характеристикам известной спутниковой системы. Получены зависимости изменения геоцентрической широты и долготы подспутниковых точек от времени, а также визуализировано их движение.
ОБЛИК ПЕРСПЕКТИВНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ КОРАБЕЛЬНЫХ СВЯЗИСТОВ
СЕРГЕЕВ В.В., РОДИОНОВ А.В., ПУЧКО Е.В.
Стр. 92 — 99
Одной из важнейших задач повышения качества подготовки корабельных связистов является разработка современных учебно-тренировочных средств. Наряду с использованием малогабаритных специализированных тренажеров в военно-морских учебных заведениях в различное время для подготовки специалистов связи использовались имитационные тренажеры «Глобус», «Посейдон», «Молния-МТ2», TGS-4000 и «Marsim-C», а также комплексный тренажер корабельных связистов «Племя-С». В данной статье рассматриваются возможности и недостатки, выявленные в процессе жизненного цикла тренажера «Племя-С», свойственные и другим связным тренажерам. Показано отсутствие в связных тренажерах на тактико-специальном уровне возможности автоматического контроля и адаптивных реакций на действия обучающихся. В связи с этим существенная нагрузка возлагается на руководителя обучения, имитирующего работу операторов береговых командных пунктов и узлов связи, которая возрастает пропорционально увеличению количества обучающихся в учебных группах. Результаты анализа использования тренажера «Племя-С» позволили предложить пути совершенствования тренажеров корабельных связистов на специальном, тактико-специальном и тактическом уровнях, а также допустимые ограничения. Ключевая роль в перспективном тренажере должна быть отведена разработке комплексной модели радиообмена подвижных объектов ВМФ с береговыми командными пунктами и узлами связи, которая позволит решать системные задачи: дидактическую, исследовательскую и практическую.
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЗДОРОВЬЕМ ЧЕЛОВЕКА: ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ И АРХИТЕКТУРА
НЕФЕДОВ О.Ю.
Стр. 100 — 106
На сегодняшний день демографическая проблема является одной из наиболее острых для России. Такое положение в значительной степени объясняется высокой смертностью населения от хронических неинфекционных заболеваний и в целом низким уровнем здоровья населения. Общепризнано, что данные причины смертности предотвратимы и снижения рисков развития хронических заболеваний легко достичь при управлении здоровьем человека. Процесс управления здоровьем требует значительных ресурсов системы здравоохранения: прежде всего это касается персонала. Данная проблема частично решается сама собой при смещении акцента системы здравоохранения на оказание профилактической помощи, а не на борьбу с последствиями заболеваний населения. Необходимо сам процесс управления здоровьем сделать эффективным и удобным для пациентов и врачей и оптимизировать затраты системы здравоохранения на его поддержку. Информационные системы управления здоровьем призваны решить эти задачи и являются инновационным подходом к их решению. При этом использование информационных технологий в управлении здоровьем позволяет добиться непрерывности контроля за состоянием здоровья и высокой оперативности в принятии врачебных решений, что является ключевыми условиями эффективности управления. В данной статье описывается разработка системы управления здоровьем человека, задача которой – информационная поддержка процесса управления здоровьем как пациентов с выявленными хроническими заболеваниями, так и пациентов, желающих поддерживать состояние своего здоровья на оптимальном уровне. В статье рассматриваются вариант реализации системы на основе сервис-ориентированной архитектуры и функциональные требования к системам такого типа. Помимо этого, рассмотрены ключевые принципы управления здоровьем, на основе которых спроектирована система, а также схема управления здоровьем при помощи информационных систем.
ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ РЕМОНТНО-ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
МАРТЫНОВ Д.В., АБУАБЕД Ф.Н., КОРДЮКОВ Р.Ю., СЕРГИЕНКО С.В.
Стр. 107 — 116
Перспективным направлением совершенствования ремонта сложных территориально-распределенных технических систем является создание ремонтно-диагностического комплекса, включающего в свой состав участки контроля работоспособности, диагностирования составных элементов, применяемых в территориально-распределенных технических системах, а также участки, укомплектованные необходимым технологическим оборудованием, измерительными средствами, инструментами и оснасткой для проведения текущего ремонта сменных элементов. Для обеспечения ремонта ремонтно-диагностический комплекс оснащается средствами электроснабжения, комплектами запасного имущества и принадлежностей, эксплуатационной документацией. Предполагается, что личный состав, осуществляющий ремонт, имеет соответствующую квалификацию. Ремонтно-диагностический комплекс представлен трехфазной многоканальной системой массового обслуживания. Исследование такой системы при функциях распределения времени обслуживания заявок, отличного от экспоненциального, затрудняет использование аналитических моделей, поэтому в работе были использованы методы имитационного моделирования. В статье представлены основные принципы создания моделей сложных комплексов и рассматриваются аспекты структурного подхода к имитационному моделированию таких систем. Разработанная программная реализация модели ремонтно-диагностического комплекса позволяет осуществлять симуляцию процесса его функционирования с последующей оценкой характеристик, наиболее важной из которых является среднее время обслуживания заявки в системе,а также определять необходимое количество каналов на каждом из участков. Модель предоставляет возможность использования бета-распределения (в качестве априорного) для задания величин продолжительности работ и ряд других случайных распределений. Разработанная модель может быть агрегирована в общую модель исследования процессов эксплуатации территориально-распределенных технических систем. Программное средство реализовано на объектно-ориентированном языке программирования C# с использованием интегрированной среды разработки (IDE) ПО Microsoft Visual Studio 2010.
ПРОГРАММНАЯ СИСТЕМА ДИАГНОСТИКИ ЗАБОЛЕВАНИЯ ПО ХРОМАТОГРАММЕ ОБРАЗЦА СЫВОРОТКИ КРОВИ
БАРАМ Е.Г.
Стр. 117 — 120
Высокоэффективная жидкостная хроматография с многоканальным ультрафиолетовым детектированием занима-ет важнейшее место в аналитической химии. Этот методпозволяет выполнять как качественный, так и количествен-ный анализ веществ в неизвестных образцах. Целью работы является создание программной системы, позволяющей проводить обработку и классификацию хроматограмм. Процесс обработки включает в себя сглаживание и нормали-зацию сигнала ультрафиолетового детектора, выделение отдельных компонентов, сравнение и кластеризацию дан-ных на основе информации об объеме удерживания вещества, площади его хроматографического пика и на основе его спектральных характеристик. В совокупности эти параметры составляют основу формата «chromatographic fingerprint». Дальнейшая обработка полученной информации заключается в обнаружении одинаковых пиков в раз-ных хроматограммах путем метрической классификации их спектров с последующим переводом хроматограмм в векторное представление, понижением их размерности и применением к ним алгоритмов нечеткой кластеризации. После выделения основных признаков каждого кластера проводится работа по оптимизации методики анализа путем математического моделирования процесса хроматографирования образцов при различных условиях. Досто-верность ответов системы зависит от задаваемых экспертом параметров алгоритмов выделения информации, качест-ва и объема обучающих выборок. Разработанное программное решение позволяет проводить диагностику различных заболеваний, включая онкологические, основываясь на результатах анализа образцов сыворотки крови, состав кото-рых заранее неизвестен, а также может найти применение втаких областях химического анализа, как стандартизация состава лекарственных средств, биологически активных добавок и продуктов питания.
ПОДСЧЕТ КОЛИЧЕСТВА ЛЮДЕЙ В ВИДЕОПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ НА ОСНОВЕ ДЕТЕКТОРА ГОЛОВЫ ЧЕЛОВЕКА
КОНУШИН А.С., КОНУШИН В.С., ФИЛИППОВ И.В., КОНОНОВ В.А.
Стр. 121 — 126
В данной работе рассматривается задача подсчета числа людей в выбранной области для каждого кадра видео-последовательности. В настоящий момент отсутствуют методы, которые при высокой точности оценки числа людей можно было бы применять для различных сцен без необходимости перенастройки параметров или обучения на новой сцене. В работе делается обзор существующих методов решения задачи и предлагается новый алгоритм, развивающий ранее предложенный подход на основе детектора головы человека. В качестве детектора используется алгоритм на основе мягкого каскада, настраиваемого с помощью метода бустинга, а признаков изображения – суммы значений яркости, цвета, нормы градиента и значений откликов фильтров градиента по прямоугольным областям. Детектор настраивается таким образом, чтобы обеспечивать максимально возможную полноту обнаружения, то есть выделять практически все изображения голов людей, содержащихся в видеопоследовательности. Из-за небольшого размера областей изображения головы человека требование высокой полноты приводит к большому числу ложных срабатываний детектора. Предлагается многоэтапная фильтрация ложных срабатываний по таким критериям, как размер обнаружения, рост человека, согласования обнаружения с выделенной областью переднего плана, временная стабильность. Проведенная экспериментальная оценка предложенного алгоритма на открытой эталонной коллекции показала, что данный алгоритм превосходит аналоги по точности и при этом показывает сравнимые результаты на разных сценах без специальной настройки на них.
АРХИТЕКТУРА И ИНФОРМАЦИОННО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ИНСТРУМЕНТЫ КОМПЛЕКСА ПРОГРАММ ИНТЕГРИРОВАННОЙ ЛОГИСТИЧЕСКОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ
МОШЕВ Е.Р.
Стр. 127 — 138
В данной статье указаны недостатки использования разрозненных комплексов программ при интегрированной логистической поддержке жизненного цикла промышленных трубопроводных систем. Отмечено, что устранить их можно, в частности, с помощью комплекса программ, разработанного с учетом современных концепций интегрированной логистической поддержки, концепции интегрированной информационной среды и специальных информационно-технологических инструментов, основанных на использовании методов математического моделирования, теории искусственного интеллекта и методов логистики ресурсосбережения в сфере организации производства. Описаны архитектура, вычислительно-сетевая структура иинформационно-технологические инструменты, использованные при разработке комплекса программ интегрированной логистической поддержки. Архитектура комплекса программ включает базу данных, программное обеспечение и является открытой для информационного обмена с внешними комплексами программ. База данных состоит из девяти логических разделов, включающих информационный и интеллектуальный виды обеспечения, которые разработаны с помощью фреймовых и продукционных моделей представления знаний. Программное обеспечение состоит из одиннадцати функциональных модулей, а также программного и клиентского интерфейсов. Информационная организация вычислительно-сетевой структуры комплекса программ осуществлена через централизованный сервер баз данных предприятия с возможностью подключения удаленных пользователей с помощью терминального сервера. Рассмотрена комплексная логико-информационная модель интегрированной логистической поддержки жизненного цикла промышленных трубопроводных систем. Приведен фрагмент логико-информационной модели интегрированной логистической поддержки проектируемых трубопроводов, выполненный с использованием методологии IDEF0. Приведены примеры фреймовых моделей представления знаний о технико-технологических характеристиках трубопроводов, а также продукционных моделей представления знаний о конструкционных характеристиках фланцев и фланцевых соединений. Рассмотрены эвристическо-вычислительные алгоритмы, формализующие процедуры расчета характеристик фланцев и проверки фланцев на совместимость.
ПРОГРАММНАЯ СИСТЕМА ИССЛЕДОВАНИЙ ДИНАМИКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ФОРМОВАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ ВОЛОКОН
КАЛАБИН А.Л., УДАЛОВ Е.В., ХАБАРОВ А.Р.
Стр. 139 — 144
Разработано программное средство для исследования динамики технологических процессов формования химических волокон. Производство химических волокон из расплавов и растворов полимеров относится к числу наиболее инновационных отраслей, основной задачей которой является создание волокон с заданными свойствами. Одним из методов исследования существующих и разработки новых технологий, реализующих данную задачу, является моделирование. При моделировании определяются количественные зависимости между условиями процессов получения материала, структурой его волокон и свойствами. Оно позволяет варьировать технологические режимы, минимизируя дорогостоящие опытные работы. Предложенная система используется для моделирования динамики процесса двух видов формования волокон: из расплава с приемным устройством и аэродинамическое формование. Программа представляет собой JavaDesktop-приложение, обладающее интуитивно понятным графическим интерфейсом. Оно позволяет в условном виде отображать схему технологических процессов, связи между его элементами и их характеристиками, редактировать параметры элементов схемы, выполнять расчет сил, действующих на волокно, отображать в графическом виде рассчитанные данные. Чтобы исследовать полученные результаты в более функциональных системах, реализован экспорт результатов расчета в файл. В приложении возможно сохранить проект в файл с целью его последующей загрузки. В программной системе реализованы численные методы решения системы нелинейных обыкновенных дифференциальных уравнений, метод сеток (конечно-разностный метод) в цилиндрических координатах с учетом подвижной границы, интерполяция кубическими сплайнами экспериментальных зависимостей. Предложены алгоритмы вы-бора граничных условий и верификации численных решений. Так как процедура расчета неустойчива относительно входных данных и довольно продолжительна по времени, она выполняется в потоке, отдельном от потока-диспетчера событий. Работоспособность программной системы подтверждается результатами моделирования, которые удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными.
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ РАСЧЕТА И ИССЛЕДОВАНИЯ ПОГРЕШНОСТИ ТОКАРНОЙ ОБРАБОТКИ НЕЖЕСТКИХ ЗАГОТОВОК
СЕРДЮК А.И., ЧЕРНОУСОВА А.М., ШЕЛИХОВ Е.С.
Стр. 145 — 148
Рассмотрена проблема определения погрешности, возникающей при токарной обработке на станках с ЧПУ заготовок, длина которых во много раз превышает диаметр. В результате анализа математических моделей, используемых для определения погрешностей при точении, установлено, что для рассматриваемых деталей определяющим фактором при образовании отклонения является жесткость системы Станок–Приспособление–Инструмент–Деталь (СПИД). Отмечены ограничения в существующих методах исследования и практике определения отклонений с учетом постоянной и динамической составляющих податливости элементов рассматриваемой системы. В частности, с точки зрения практической значимости, в них затруднен учет упругих деформаций, обусловленных функциональными взаимосвязями режимов резания с параметрами обрабатываемой заготовки, которые задаются прочностными характеристиками используемого материала в рассматриваемом диапазоне геометрических соотношений. Для повышения точности обработки предложена методика определения оптимальных параметров резания. Разработан программный комплекс OptimRez, позволяющий пользователю, исходя из возможностей применяемого токарного обо-рудования и характеристик обрабатываемой заготовки, определять режимы резания, при которых рассматриваемая погрешность будет минимальной. Программный комплекс содержит пять взаимосвязанных модулей, использует базы данных инструментов, станков и различных материалов заготовок. OptimRez может использоваться при технологическом проектировании, в научно-исследовательских работах и в учебном процессе.
ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА
ВАСИЛЬЕВА О.В., ЛАВРИНОВИЧ А.В.
Стр. 149 — 155
Работа посвящена программной реализации цифровой обработки данных с расширением *.csv, получаемых с современных цифровых осциллографов типа Tektronix, Agilent, Aktakom и аналогичных им. Программа создана в среде разработки Lab View. Представлена блок-схема программы с наименованиями отдельных блоков и описанием блока сохранения цифровых данных в отдельном документе. Ограничением для разработанной программы является требование одинакового шага дискретизации по времени исходных сигналов. Показаны преимущества созданной программы: уменьшение времени обработки осциллограмм, упрощение процедуры работы с большими массивами данных, отсутствие ручной обработки. Обработка осциллограмм позволяет уравнивать начальное время обрабатываемых импульсов, имеющих произвольный сдвиг относительно друг друга, и получать разность обработанных осциллограмм в отдельном окне. Для сдвига осциллограмм предлагается использовать курсоры с наименованием координат. Эффективность разработанной программы продемонстрирована при обследовании силового трансформатора методом наносекундных импульсов с целью объективного выявления отличий между импульсом-нормограммой «здорового» трансформатора и импульсом-откликом дефектного трансформатора. Показан порядок обработки осциллограмм с нахождением необходимых величин.Представлены визуализация исходных импульсов и их разности, а также порядок сохранения графика в протоке испытаний.
КОМПЛЕКСНАЯ ОЦЕНКА ТРАНСПОРТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ УЧАСТКА АВТОМОБИЛЬНОЙ ДОРОГИ
АНИКЕЕВ Е.А., ЧЕРКАСОВ О.Н.
Стр. 156 — 160
В статье рассматривается математическая модель построения комплексной оценки транспортно-эксплуатационного состояния участка автомобильной дороги. Показана необходимость модели такого участка как взаимосвязанной совокупности факторов, влияющих на его состояние. В проблеме повышения потребительских качеств автодорог выделена задача разделения дороги на участки для их дальнейшего ранжирования с целью составления планов ремонта. Оценка потребительских свойств автодороги представлена как различие между существующими значениями качеств объекта и их идеальными значениями, выраженными в комплексном показателе транспортно-эксплуатационного состояния. Отмечены наиболее важные для этой задачи особенности участков дороги как объектов управления. Определены основные факторы, характеризующие состояние участка автомобильной дороги. Приведены наиболее существенные коэффициенты обеспеченности расчетной скорости, учитывающие влияние отдельных параметров и характеристик дорог на комплексный показатель качества участка. Рассмотрено применение к задаче формирования этого показателя математического аппарата теории нечетких множеств, позволяющего моделировать принятие решений о ремонте участков автомобильной дороги. Определены наборы значений признаков, описывающих состояние дорожного участка. Описаны значения нечетких переменных для каждого коэффициента, показаны их функции принадлежности. Сформированы лингвистические переменные для описания коэффициентов и нечеткая ситуация для построения комплексной оценки участка автодороги. Комплексное состояние участка авто-дороги представлено в виде нечеткой ситуации. Показан расчет степени включения текущей нечеткой ситуации, характеризующей состояние участка, в эталонную. Приведен обобщенный алгоритм принятия решений об очередности ремонтных работ. Показаны перспективы развития такого подхода к решению задачи определения комплексного показателя транспортно-эксплуатационного состояния автомобильной дороги в целом.
УПРАВЛЕНИЕ ПЕШЕХОДНЫМИ ПОТОКАМИ ПРИ ПИКОВОЙ ИНТЕНСИВНОСТИ ДВИЖЕНИЯ
АНИКЕЕВ Е.А.
Стр. 161 — 166
Показано повышение актуальности проблемы соответствия развития темпов роста автомобилизации и улично-дорожной сети. Выделена задача регулирования транспортных и пешеходных потоков на пешеходных переходах вне пересечений с использованием вызывного светофора. Рассмотрен традиционный способ решения этой задачи. По- казаны факторы, приводящие к созданию заторовой ситуации в часы пиковой нагрузки при использовании традиционного способа и предыдущее решение задачи. Приведены циклы работы светофора с жестким управлением и светофора с нечетким управлением. Определены входные и выходная переменные для управления светофором на пересечении, приведены функции принадлежности этих переменных. Предложены правила определения выходной величины, на основании которых разработаны нечеткие правила для алгоритма управления. Предложены модель процесса функционирования такого пересечения и алгоритм работы вызывного пешеходного светофора на базе не-четкой логики. Рассмотрено моделирование процесса накопления очереди транспортных средств на пешеходном переходе, расположенном вне пересечения, в условиях пиковой транспортной и пешеходной интенсивности движения. Для моделирования использован математический аппарат нечеткого вывода, позволяющий моделировать выводы эксперта в данной области при принятии решений об изменении длительности ожидания пешеходной фазы. Проведено моделирование процесса регулирования перехода с использованием вызывного светофора с постоянным временем ожидания фазы и со временем ожидания фазы, определяемого при помощи нечетких правил. Приведены результаты моделирования, иллюстрирующие накопление очереди автомобилей в обоих приведенных случаях и показывающие преимущество предложенного способа по сравнению страдиционным жестким регулированием.
МОДЕЛИРОВАНИЕ МЯГКИХ ТКАНЕЙ ВИРТУАЛЬНОГО МАНЕКЕНА ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОРСЕТНЫХ ИЗДЕЛИЙ И БЕЛЬЯ
СЕНИЦКИЙ И.А., ВАСИЛЬЕВ Д.А., ГОРЕЛОВА А.Е., КОРНИЛОВА Н.Л.
Стр. 167 — 172
В статье рассмотрены теоретические основы формирования моделей манекенов для САПР трехмерного проектирования корсетных изделий и белья. Отличительной особенностью проектирования данных видов одежды является необходимость моделирования поведения мягких тканей фигур разных типов, как обнаженных, так и испытывающих воздействие изделия. Рассмотрен авторский метод создания виртуальной модели манекена. По своей структуре манекен представляет собой наложенные на поверхность стана имитационные модели мягких тканей (груди, ягодиц и живота), алгоритмически независимые друг от друга. При создании модели торса главной задачей было обеспечение перестроения модели на любой размер и рост с сохранением исходной формы. Целевой функцией моделирования мягких тканей явилась разработка системы варьируемых переменных, обеспечивающих изменение формы поверхности при условии сохранения ее объема. Имитационная модель мягких тканей манекена использует геометрическое и физическое моделирование. Для обеспечения возможности получения разных форм груди, живота и ягодиц в рамках одной математической модели для каждого вида тканей выбрана функция задания образующей тела вращения. Управляемыми параметрами моделей являются размерные признаки, определяющие форму моделируемых областей. Результаты теоретических исследований реализованы в процессе создания программного модуля «Виртуальный манекен» САПР трехмерного проектирования корсетных изделий BustCAD (г. Иваново, Россия). Данная САПР позволяет пользователю интуитивно понятными средствами создавать виртуальный манекен фигуры, оценивать ее эстетические характеристики, задавать изменения параметров торса и мягких тканей с учетом моделирующего эффекта изделия, проектировать модель и получать развертки основных деталей.