2016 год, №3

Содержание выпуска
Естественно-языковой пользовательский интерфейс диалоговой системы
Р.В. Посевкин, И.А. Бессмертный
Стр. 5 — 9
Множество людей ежедневно взаимодействуют с различными программными системами. В результате внедрения компьютерных систем во все сферы человеческой жизни все больше проявляется проблема перехода от визуальных и командных интерфейсов к естественно-языковым. В статье рассмотрены методы компьютерной лингвистики и обработки естественного языка. Представлено полное описание всех стадий обработки естественного языка, таких как морфологический, синтаксический и семантический анализ. Рассмотрен ограниченный язык как подмножество естественного языка, на котором текст хорошо воспринимается носителем естественного языка без дополнительных усилий. Подобное решение позволяет сократить время анализа естественно-языковых элементов в диалоговой системе, а также помогает избежать неоднозначностей на лингвистическом уровне. Методы для работы с естественным языком могут применяться в программных системах машинного перевода, поисковых системах, системах автоматического реферирования и в экспертных системах. Представлено формальное описание диалоговой системы в контексте марковского процесса принятия решений. Разработан прототип естественно-языкового пользовательского интерфейса, который производит преобразования пользовательского запроса на естественном языке в SQL- запрос к БД. Интерфейс взаимодействует с БД, содержащей информацию о существующих программных библиотеках и фреймворках. Таким образом, использование методов обработки естественного языка позволяет разработать естественно-языковой пользовательский интерфейс для взаимодействия с диалоговой системой.
Использование вероятностного вывода в слабо-формализованных базах знаний
Е.А. Полещук, А.В. Платонов
Стр. 10 — 14
В статье рассматривается процесс вероятностного вывода в слабо-формализованных базах знаний. В качестве такой базы выбрана графическая модель представления знаний – семантическая сеть. Выбор обусловлен удобством представления автоматически извлеченных данных в виде графа со связями, а также удобством дальнейшего использования (чтения, изменения и поиска ошибок) данного графа. Также проводится сравнение широко используемого на данный момент продукционного подхода с предложенным, указываются основные недостатки продукционного подхода, которые необходимо учитывать при разработке подобных систем извлечения знаний. Целью исследования является извлечение новых знаний из автоматически полученных данных. Для достижения этой цели на графических моделях обычно производится логический вывод. Поскольку модель, а также способ получения данных (в данном случае автоматически или полуавтоматически) накладывают ограничения на механизм вывода, алгоритм вынужден работать в условиях неопределенности. Отсюда следует, что стандартные механизмы логического вывода, предусмотренные для данной модели, становятся неактуальными. В статье предлагается использовать вероятностный вывод и, следовательно, вероятностный язык логического программирования для его реализации. Также делается сравнение нескольких существующих языков вероятностного логического программирования, таких как PRISM, ICL и ProbLog. По результатам сравнения производится выбор языка вероятностного программирования для осуществления вывода. В качестве такого языка выбран язык ProbLog (в частности система ProbLog2), являющийся вероятностным расширением языка Prolog.
Об эффективности наследования таблиц В СУБД PostgreSQL
В.Е. Сорокин
Стр. 15 — 23
Одним из следствий расширения использования объектно-ориентированного программирования явилось дополнение реляционных СУБД объектными чертами. На кроссплатформенную свободно распространяемую в исходных кодах объектно-реляционную СУБД PostgreSQL возлагаются большие надежды в импортозамещении инфраструктурного ПО. В ней сочетаются классические для реляционных СУБД принципы ACID с поддержкой сложных типов данных и наследованием таблиц, востребованных при моделировании объектов в БД. При работе со встроенным в PostgreSQL сложным типом jsonb достигнута характерная для объектно-ориентированных СУБД производительность. Для случаев предпочтительного использования базовых и композитных типов данных при моделировании в БД объектов реализован механизм наследования таблиц. В статье проведен сопоставительный анализ этого механизма с наиболее известными методами объектно-реляционного преобразования. Планируемая разработчиками PostgreSQL, но еще не реализованная поддержка единой индексации физических таблиц одной иерархии наследования отмечается ими в качестве основного фактора, ограничивающего применение наследования таблиц ввиду отсутствия поддержки в них уникальной и ссылочной целостности и снижения производительности запросов. Предлагаемое в статье в дополнение к существующему механизму наследования таблиц создание одной общей таблицы для иерархии наследуемых таблиц позволяет обеспечить целостность данных. Эксперименты по выполнению различных запросов свойств объектов, моделируемых в БД по классической модели объектно-реляционного преобразования и по предлагаемому дополненному наследованию таблиц, подтвердили высокую эффективность последнего, что позволяет рекомендовать его для широкого применения, особенно с перспективой появления единой индексации иерархии наследуемых таблиц.
О некоторых проблемах предметной области поддержки принятия решений
О.В. Тиханычев
Стр. 24 — 28
В статье проанализировано существующее состояние описания предметной области систем поддержки принятия решений относительно как подходов к классификации таких систем, так и наличия их официального определения. Сделан вывод о том, что сложившаяся ситуация замедляет процессы создания и внедрения в практику управления систем поддержки принятия решений. С целью упорядочения предметной области проведено формализованное описание процесса принятия управленческих решений и введены понятия малого и большого циклов принятия решения. При этом под малым циклом понимается поиск оптимального решения в условиях заданной целевой функции и ограничений, под большим – поиск нетривиального решения, которое невозможно получить без модификации целевой функции или снятия части ограничений. На основе данного подхода предложено уточнить определение автоматизированной системы принятия решений и классификацию таких систем. В части уточнения классификации основным показателем в работе является деление по функционалу относительно реализуемого системой цикла принятия решения. В рамках новой классификации предложено взамен применяемого в настоящее время класса «относительно уровня пользователя» использовать класс «по функционалу», в состав которого включить информационные, расчетно-информационные и интеллектуальные системы. Данная классификация более полно соответствует современному пониманию автоматизированной системы поддержки принятия решений и позволит ускорить процесс внедрения таких систем в практику управления.
Вычислительные процедуры обработки неточной временной информации
В.В. Фомин, С.В. Мальцев
Стр. 29 — 35
В статье представлены результаты обширного исследования, обусловленного практической потребностью повышения эффективности методов представления, алгоритмов извлечения, обработки нечетких темпоральных данных. Акцент делается на онтологических моделях процессов прогнозирования и интерпретации при взаимодействии с не- точной временной информацией. Предлагаются методология хранения данных, а также модели и унифицированные процедуры извлечения нечеткой информации. Непосредственно затрагивается вопрос о прагматике алгоритмов представления темпоральных данных через новый инструмент так называемой возможностной темпоральной информации в аналитических системах, где параметры неточности и оперативности являются критическими условиями в принятии бизнес-решений. Предлагаются решения проблем хранения и извлечения неточной временной информации за счет построения модели обработки нечетко-темпоральных отношений между временными точками и/или интервалами. Представлена концепция анализа и представления нечеткой темпоральности в рамках развития модели темпоральных реляционных БД с учетом критериев неточности, неоднозначности, неопределенности. Разработана алгебра возможностных отношений точек и/или интервалов, в ее рамках определены понятия возможностной временной точки и возможностного интервала, введены соответствующие значения возможностных временных точек и интервалов. Представлен фрагмент формализованного алгоритма реализации алгебры на примере расширения одного из отношений. Предлагается подход к разработке и моделированию нечеткого темпорального домена и отношений между возможностными интервалами и моментами времени. Дано описание реализованной библиотеки алгоритмов обработки отношений возможностных временных точек и/или интервалов, а также соответствующих процедур и функций на платформе стандарта SQL. Представлены результаты внедрения библиотеки алгоритмов при реализации коммерческого проекта аналитической системы для телекоммуникационной компании, а также определены направления дальнейшего развития прикладного инструментария, основанного на теории нечетко-темпоральной модели.
Безопасность баз данных: проблемы и перспективы
М.А. Полтавцева, А.Р. Хабаров
Стр. 36 — 41
Вопросы защиты данных являются критическими при обеспечении безопасности современных корпоративных систем. Статья посвящена сложившейся ситуации в области безопасности данных, находящихся под управлением систем БД. Сделан обзор существующих работ на указанную тему как отечественных, так и зарубежных авторов. Рассмотрены этапы эволюции систем защиты информации в СУБД. Выделены современные комплексные проблемы в области защиты данных теоретического и практического характера. При анализе проблем безопасности учтены новые направления развития СУБД, такие как in memory и NoSQL-решения. В статье выделены особенности БД с точки зрения информационной безопасности по отношению к другим видам ПО. Предложено базовое деление уязвимостей СУБД на основании выделенных особенностей. Сформулированы перспективные пути исследований и развития си- стем защиты для построения надежных и защищенных серверов по обработке информации.
Построение модели угроз безопасности информации в автоматизированной системе управления критически важными объектами на основе сценариев действий нарушителя
Е.Б. Дроботун, О.В. Цветков
Стр. 42 — 50
Разработка и построение модели угроз безопасности информации в различных автоматизированных и информационно-вычислительных системах является одним из ключевых этапов деятельности по обеспечению безопасности информации в этих системах и их безопасного и правильного функционирования. На основе модели угроз безопасности информации определяются требования к системе защиты информации в автоматизированных и информационно-вычислительных системах, а также может быть определен комплекс организационных, технических и организационно-технических мер по обеспечению безопасности информации в автоматизированных и вычислительных системах различного назначения. В статье предлагается методика построения модели угроз для автоматизированных систем управления критически важными и потенциально опасными объектами, основанная на моделировании возможных сценариев действий нарушителя безопасности информации. Предложенная методика учитывает многоуровневость построения современных автоматизированных систем управления критически важными объектами и возможность реализации одной и той же угрозы безопасности информации с помощью различных сценариев нарушителями различных категорий. Применение предложенной методики позволит сократить время, необходимое для построения модели угроз безопасности информации в автоматизированных системах управления критически важными и потенциально опасными объектами.
Синтез систем защиты автоматизированных систем управления от разрушающих программных воздействий
Е.Б. Дроботун
Стр. 51 — 59
Информатизация и автоматизация различных объектов производства, в том числе создающих потенциальную угрозу обеспечению безопасности жизнедеятельности, сделала обеспечение безопасности функционирования таких объектов одной из наиболее острых проблем современности. Процессы информатизации и автоматизации обусловливают появление новых видов угроз информационной безопасности, направленных на нарушение функционирования производственных объектов, которые могут быть подвергнуты деструктивным информационно-техническим воздействиям, и создающих потенциальную угрозу обеспечению безопасности жизнедеятельности. Данные факторы в сочетании с возрастающим уровнем зависимости общества от устойчивости функционирования объектов, создающих потенциальную угрозу обеспечению безопасности жизнедеятельности, требуют принятия комплекса мер (в том числе и технического характера), направленных на снижение риска нарушения или полного прекращения функционирования таких объектов в условиях информационно-технических воздействий. В статье представлен один из возможных подходов к построению рациональной (с точки зрения обеспечения требуемого уровня защищенности и минимального влияния системы защиты на защищаемую автоматизированную систему) системы защиты от разрушающих программных воздействий как основного вида информационно-технических воздействий, которым могут быть подвергнуты автоматизированные системы.
Алгоритм поиска оптимального расположения сенсоров для решения задачи мониторинга пространства
А.А. Кочкаров, Д.В. Яцкин
Стр. 60 — 66
Рассмотрены задача мониторинга пространства, переход к задаче обнаружения, а затем к задаче геометрического расположения сенсоров. Для решения поставленной задачи предлагается использовать децентрализованную сеть сенсоров. Устанавливаются отграничения и допущения, приводящие к задаче покрытия пространства. Проводится дискретизация задачи, обосновывается ее необходимость. Задача подробно рассматривается с математической точки зрения, разрабатывается алгоритм ее решения, оценивается его сложность. Проводится математическое и программное моделирование задачи. Разрабатывается программный комплекс, реализующий указанный алгоритм. По заданной карте местности и параметрам среды, а также с использованием ряда начальных условий, определяющихся физическими характеристиками сенсоров, программный комплекс позволяет рассчитать точки пространства, при размещении в которых устройств-обнаружителей задача мониторинга будет считаться решенной. На данном программном комплексе осуществлен ряд испытаний, показавших работоспособность, корректность и оптимальность разработанных подходов и алгоритма. Благодаря невысокой полиномиальной вычислительной сложности алгоритма, с помощью программного комплекса можно решать задачи мониторинга в конкретном случае и для больших зон мониторинга, и для сотен устройств-обнаружителей.
Пчелиный алгоритм оптимизации для решения задачи планирования беспроводной сети
Е.С. Скаков, В.Н. Малыш
Стр. 67 — 73
Статья посвящена решению проблемы планирования беспроводной сети. В ней сформулирована задача размещения базовых станций, учитывающая межсотовые помехи, затухание при распространении сигнала, несколько типов базовых станций. Решение задачи представляется в виде массива структур, хранящих информацию об одном месте-кандидате (тип установленной базовой станции, список подключенных к ней клиентов). Разработана модификация одного из метаэвристических методов – пчелиного алгоритма BCO (Bee Colony Optimization). Метод оптимизации подражанием пчелиной колонии относится к мультиагентным методам, основанным на моделировании интеллектуального поведения колоний агентов, так называемым методам роевого интеллекта. В природе подобным интеллектом обладают группы общественных насекомых, например, колонии муравьев, пчел, терми- тов. В основе предлагаемого алгоритма лежит понятие окрестности текущего решения. Для формирования окрестности используются небольшие операции по изменению текущей конфигурации беспроводной сети. Новое решение из окрестности текущего может быть получено при помощи одной из двух операций: смена типа одной станции на более дешевый, удаление одной базовой станции. Новый алгоритм реализован как ПО в среде разработки Delphi. Показано, что пчелиный алгоритм позволяет находить решение задачи размещения базовых станций за приемлемое время, на много порядков быстрее точного метода полного перебора. Выявлена зависимость качества решения поставленной задачи методом подражания пчелиной колонии от значений управляющих параметров алгоритма.
Метод автоматического формирования семантической сети из слабоструктурированных источников
А.Е. Письмак, А.Е. Харитонова, Е.А. Цопа, С.В. Клименков
Стр. 74 — 78
Автоматическая обработка текста – одно из основных научно-практических направлений в современных информационных технологиях. Важным предметом изучения в этой области остается возможность автоматического построения и обновления тезаурусов и семантических сетей. Семантическая сеть – это ориентированный граф; узлами его являются понятия, а ребрами – отношения между ними. Автоматическое построение сети требует наличия внешнего источника, из которого будут импортироваться узлы сети и на основе которого будут формироваться связи между ними. В качестве такого источника решено использовать внешний открытый словарь Wiktionary, формируемый сообществом пользователей сети Интернет. Внесение данных в семантическую сеть из вышеупомянутого источника может значительно повысить связность такой сети, однако, чтобы использовать этот подход, необходимо устранить структурный недостаток источника, состоящий в том, что разделы Wiktionary зачастую имеют ошибки в уровне вложенности. В ходе работы были исследованы существующие ошибки в сформированных словарных статьях и предложен метод их разрешения. Метод основывается на механизмах конечных автоматов, где выходной сигнал автомата – правильный уровень вложенности текущего раздела. На базе данного метода был разработан алгоритм, который стал основой программного модуля, осуществляющего автоматическую корректировку структуры словарных статей Wiktionary в процессе их импорта в семантическую сеть. Тестирование показало, что разработанный модуль обеспечивает им производительность и погрешность, достаточные для его использования в качестве составной части системы семантического анализа текста на естественном языке.
Прототип системы поддержки проектирования агентов для имитационных моделей сложных систем
А.И. Павлов, А.Б. Столбов
Стр. 79 — 84
В работе рассматривается реализация прототипа системы поддержки проектирования агентов имитационных моделей. Приведена последовательность этапов процесса разработки имитационной модели, использованная в качестве основы для построения алгоритма формирования агентной модели, – от концептуального описания исследуемой области до ее программной реализации. Рассмотрена программная реализация компонентов создания концептуальной модели, визуального конструирования баз знаний продукционного типа и реализации агентов в среде моделирования Madkit. Компонент создания концептуальной модели предназначен для формирования иерархической структуры понятий, определения свойств понятий и отношений между ними. При этом описание отношений осуществляется путем построения набора семантических сетей, вершинами которых являются понятия концептуальной модели, а связями – отношения между ними. Каждая из семантических сетей поясняет отдельный аспект моделируемой области. Компонент визуального конструирования баз знаний обеспечивает конструирование правил вида «ЕСЛИ условия ТО действия» и генерацию кода базы знаний на языках Jess и Clips. Компонент реализации агентов в среде моделирования Madkit включает в себя библиотеку среды моделирования, классы, использующиеся в процессе агентного моделирования («Типовой агент», «Планировщик» и т.д.), а также классы для выполнения служебных функций (взаимодействие с БД или с внешней системой). Основные функции данного компонента – выполнение агентной модели, а также информирование пользователя о текущем состоянии процесса моделирования и параметров отдельных агентов. Реализация всех компонентов осуществлена в виде веб-приложений.
Интеллектуальная система автоматического определения категории потенциальных адресатов текста
А.В. Глазкова
Стр. 85 — 89
Статья посвящена описанию программного комплекса – интеллектуальной системы автоматического определения категории потенциальных адресатов текста. Основная функция рассматриваемой системы – классификация текстов на основании возрастных категорий их потенциальных читателей. Автором сделан обзор существующих работ по схожей тематике – классификации документов на естественном языке. Особое внимание уделено исследованиям, посвященным выявлению характеристик авторов или адресатов текста. Сделан вывод о высокой актуальности разработок в данном направлении в связи с их востребованностью в качестве элементов поисковых систем, систем электронного обучения и т.д. В статье описан подход к моделированию текста, в рамках которого текст представляется в виде набора признаков. Выбор классификационных признаков осуществлен на основании анализа текстов, входящих в Национальный корпус русского языка. На основе разработанной модели создан программный комплекс, состоящий из трех подсистем: модуля семантико-синтаксического анализа, модуля хранения текстов и модуля классификации. Модуль классификации использует нейронную сеть типа многослойный персептрон. Разработанная интеллектуальная система успешно протестирована на текстах, возрастная категория читателей для которых определена на основании мнений экспертов.
A numerical simulation of multi-spectral photo-acoustic imaging toward hematological analysis
Trinh Quang Duc, Nguyen Hoai Giang
Стр. 90 — 95
This paper presents pilot studies to assert the feasibility of Photo-Acoustic Tomography combined with Photo-Acoustic Spectroscopy applied to quantitative clinical examination as noninvasive measurement for blood analysts. To estimate the parameters of practical measurement systems in the future, we simulate obtaining the results using a program that was build in Matlab environment. For the assessment, we examined the technique in the case of glucose measurement as an example. With assumption of an aqueous mixture that includes: Glucose, Urea, Albumin, γ-Globulin evenly dissolved in water, the glucose concentration was extracted from the mixture under excitation light of 300mW and the Fourier analysis of a photoacoustic signal. Throughout the simulation, the glucose concentration was determined as 2.8 g/l corresponding to photoacoustic pressure of 2.27 Pa in the condition of 10 mm soft tissue depth and 1mm diameter vessel under the light excitation power.
Поддержка принятия решений при выборе лекарственных препаратов на основе метода анализа иерархии
Д.В. Бутенко, Л.Н. Бутенко, А.Л. Большаков
Стр. 96 — 100
Статья посвящена решению проблемы безопасности применения лекарственных препаратов в аспектах повышения эффективности принятия клинических решений, снижения риска клинических ошибок и усиления обоснованности назначения препарата и его дозы. Суть проблемы состоит в том, что в современной фармакологической индустрии с огромным количеством однотипных лекарственных средств различных производителей, а также различного качества задача анализа множества препаратов с целью выбора наиболее безопасного из них является крайне сложной. По результатам проведенных предпроектных исследований описан ряд основных задач, которые должна решать автоматизированная система по данной проблематике. Разработана модель поддержки принятия решения для выбора наиболее безопасных лекарственных препаратов. Модель основана на методе анализа иерархии и позволяет учитывать индивидуальные особенности конкретного пациента. Показан обобщенный алгоритм выбора наиболее безопасного лекарственного средства. На этой основе разработана программная система.
Агентный подход при моделировании лесопожарных ситуаций
С.В. Яровой
Стр. 101 — 108
В статье рассматривается задача моделирования лесопожарных ситуаций. Для ее решения предлагается использовать агентный подход совместно с технологией геоинформационных систем, что позволит объединить преимущества обоих направлений. Разработана мультиагентная модель, дающая возможность как прогнозировать распространение кромки лесного пожара, так и имитировать прямой метод тушения низового лесного пожара немеханизированными противопожарными отрядами. В качестве среды для агентов может быть выбран любой участок карты реальной местности. В предлагаемой мо- дели используются два типа агентов. Агенты первого типа (A) представляют собой участки фронта распространения пожара и используются для моделирования поведения лесного пожара. В совокупности они представляют контур пожара на карте. Модель допускает наличие одновременно нескольких таких контуров, распространяющихся независимо друг от друга в различных частях карты. Агенты второго типа (B) имитируют действия противопожарных сил и оказывают воздействие на агентов первого типа. На основе предложенной модели был разработан программный комплекс, который предлагается использовать для решения широкого круга задач. Во-первых, система будет полезна для оперативного определения параметров распространения лесного низового пожара в лесных насаждениях, а также разработки комплекса мер по его предотвращению и по противодействию ему. Во-вторых, она может служить основой для учебно-тренажерных систем, предназначенных для обучения студентов вузов и техникумов лесохозяйственного профиля, работников лесохозяйственной отрасли и МЧС на курсах повышения квалификации в учебно-игровой форме основам тактики борьбы с лесными пожарами.
Улучшение визуального качества изображений, полученных в сложных условиях освещенности на основе инфракрасных данных
А.Г. Зотин, А.И. Пахирка, М.В. Дамов, Е.И. Савчина
Стр. 109 — 120
В настоящее время широкое распространение получили системы видеонаблюдения на основе цифровых камер. Однако оператору довольно часто приходится сталкиваться с проблемой плохой видимости наблюдаемого объекта, обусловленной недостаточным освещением и погодными условиями. В статье рассматриваются методы повышения визуального качества изображений, полученных в сложных условиях освещенности на основе инфракрасных данных. Так, повышение визуального качества возможно за счет слияния данных визуального (RGB) и инфракрасного (IR) изображений. Методы слияния можно условно разделить на три основные категории в зависимости от принципа их работы: попиксельное слияние, слияние на основе характеристических особенностей и слияние на основе объектов. Поскольку в системах видеонаблюдения важна скорость обработки данных, в качестве основы разрабатываемого алгоритма был взят подход попиксельного слияния с установкой весовых коэффициентов. Предлагаемый алгоритм условно разделен на два основных этапа – подготовка и обработка. В ходе подготовительного этапа формируются данные, необходимые для выполнения слияния и формирования карты хроматических компонентов цветовой модели YUV. Для повышения визуального качества предложено выполнять корректировку инфракрасного изображения в зависимости от его типа (NIR SWIR или LWIR) и значения средней яркости. Для определения коэффициента коррекции предлагается использовать данные гистограмм и таблиц перекодировки, которые позволяют значительно сократить вычислительную сложность алгоритма. На этапе обработки формируется улучшенное визуальное изображение с адаптивной подстройкой коэффициентов. При этом учитываются такие параметры, как яркость пикселей визуального и скорректированного инфракрасного изображений, а также сведения о насыщенности цвета. Экспериментальные исследования показали целесообразность использования предлагаемого алгоритма.
Реализация субъективных методов вероятностной оценки адекватности тренажеров на основе комплекса программ с привлечением экспертов и анкетированием обучаемых
А.Н. Потапов, Ф.Н. Абу-Абед, Д.В. Мартынов, Е.П. Угловский
Стр. 121 — 128
Рассмотрено применение субъективных методов вероятностной оценки степени адекватности имитационного моделирования в тренажерах операторов эрготехнических радиоэлектронных средств. Предложено алгоритмическое обеспечение оценки адекватности имитационного моделирования с привлечением экспертов, основанной на использовании значений весовых коэффициентов компетентности каждого i-го эксперта для определения степени согласованности мнений экспертов при независимой экспертизе, то есть когда все эксперты изолированы. На основании компетентности каждого эксперта данный метод позволяет определить действительные значения параметров оцениваемой системы и тем самым разрешить проблему ограниченного проведения для этих целей исследовательских испытаний. Так как число экспертов ограничено и это может не обеспечить необходимое количество экспериментальных данных, предлагается выполнять оценку адекватности тренажеров с привлечением самих обучаемых, которые прошли полный курс тренажной подготовки с использованием как штатной техники, так и тренажеров и могут сравнивать их. Метод оценки адекватности имитационного моделирования анкетированием обучаемых позволяет избежать дополнительных расходов на проведение испытаний тренажеров и штатной техники. Предложено выполнять реализацию субъективных методов вероятностной оценки степени адекватности имитационного моделирования в тренажерах операторов эрготехнических радиоэлектронных средств на основе комплекса программ с привлечением экспертов и анкетированием обучаемых. Особенностью применения программ с привлечением экспертов и анкетированием обучаемых является то, что все они обеспечивают не подтверждение гипотез об адекватности или неадекватности имитационного моделирования, а собственно оценку степени его адекватности, которая является индикатором конфликта применения тренажеров из-за их ограниченной адекватности.
Комплекс программных средств для анализа причинно-следственных факторов конфликта применения тренажеров эрготехнических радиоэлектронных средств
А.Н. Потапов, Ф.Н. Абу-Абед, Д.В. Мартынов, А.Б. Талалаев
Стр. 129 — 135
В статье рассмотрены причинно-следственные факторы возникновения конфликта применения тренажеров эрготехнических радиоэлектронных средств. Предложена обобщенная классификация возможных навыков, приобретаемых операторами на средствах тренажа. На основании введенной обобщенной классификации навыков конкретизированы факторы возникновения конфликта оценок уровней обученности операторов на тренажерах и штатной технике. Указана необходимость определения количественной формы адекватности тренажеров эрготехнических радиоэлектронных комплексов, которая позволила бы устранить конфликт оценок обученности. Сформулирована вероятностно-метрическая форма оценки адекватности тренажеров эрготехнических радиоэлектронных комплексов в виде математической задачи оценки вероятности предположения о том, что значения выходных имитируемых информационных параметров 3m(x) отличаются от значений реальных выходных информационных параметров H(x) при решении единых задач не более, чем на {0, 1} H(x). Для анализа причинно-следственных факторов конфликта применения тренажеров эрготехнических радиоэлектронных средств (на примере радиотехнических средств управления воздушным движением) предложен комплекс программных средств, включающий программно-ориентированный комплекс оценки адекватности автоматизированных информационных систем освоения эрготехнических объектов управления воздушным движением, программу оценки адекватности автоматизированной информационной системы освоения эрготехнического комплекса, имеющего иерархическую структуру построения, и систему оперативного объективного контроля действий операторов информационных комплексов управления воздушным движением. На основе применения комплекса программных средств, обеспечивающего выполнение анализа причинно-следственных факторов конфликта применения тренажеров эрготехнических радиоэлектронных средств, определены рекомендации по совершенствованию тренажной подготовки операторов эрготехнических радиоэлектронных средств.
Специализированный программный комплекс «АСТ» для создания тренажеров
П.Ю. Вильвер, А.Ю. Юрин
Стр. 136 — 141
В статье описан специализированный программный комплекс «АСТ» (Автоматизированное создание тренажеров) для создания компьютерных тренажеров с функциями поддержки принятия решений. Он основан на использовании формализма цветных сетей Петри для моделирования технических систем. Комплекс обеспечивает следующее: создание иерархической статической модели технических систем в виде мнемосхем, схем и чертежей при помощи как встроенного графического редактора, так и системы автоматизированного проектирования AutoCad; создание динамической модели технических систем в виде сети Петри; визуальное моделирование статических и динамических свойств технических систем в результате взаимодействия (или имитации взаимодействия) с OPC-сервером; прогнозирование параметров технических систем и построение деревьев событий. Приведено описание функций программного инструментального комплекса, его архитектуры и методики создания тренажерных комплексов. Рассмотрены примеры применения комплекса для создания программных тренажеров по обучению специалистов послеремонтного испытания компрессоров и контроля ректизол-процесса при производстве сжиженного природного газа.
Этапы разработки интегрированной информационно-аналитической системы обработки экономической информации в организациях
М.А. Беляева, О.К. Безотосова
Стр. 142 — 148
В статье представлена интегрированная информационно-аналитическая система обработки экономической информации, разработанная с использованием современных механизмов интеграции и программных средств, показан импорт файла данных из офисного приложения MS Excel в имитационную систему AnyLogic. Отражены механизмы интеграции обработки данных, а также этапы создания интегрированной информационно-аналитической системы. В MS Excel проводится расчет экономических показателей, а в имитационной системе те же экономические показатели рассчитываются и одновременно графически отображаются их динамические изменения. На основании результатов можно проводить анализ финансово-хозяйственной деятельности предприятия. Система включает в себя подсистемы структурно-параметрического моделирования, подсистему расчетов экономических показателей в MS Excel с помощью макросов и кнопочных форм управления в Visual Basic For Application, подсистему динамического моделирования в имитационной системе AnyLogic и подсистему 1С. Предприятие. Разработанная интегрированная информационно-аналитическая система может оказать руководителям и менедже- рам компаний информационную поддержку для принятия оптимальных управленческих решений. Система универсальная и может найти широкое применение.
Аспектно-ориентированное программирование в контексте решения вопросов повышения эффективности экономических показателей it-проектов
А.А. Гончаров, Н.А. Семенов
Стр. 149 — 153
Оценка бюджета разрабатываемого проекта, классификация расходов, планирование сроков разработки и анализ затрат сопровождаются неточностями и искажениями в силу того, что исходный код промышленных информационных систем характеризуется необоснованной сложностью, излишним дублированием, шаблонными ошибками, неопределенностью, наличием сильной взаимосвязи между модулями. Статья посвящена способу решения актуальной задачи повышения эффективности экономических показателей IT-проектов. В ней описан современный подход к проектированию крупных информационных систем с использованием аспектно-ориентированного программирования. Аспектно-ориентированное программирование является современным развитием объектно-ориентированного программирования и предназначено для отделения бизнес-логики информационных систем от сквозных функций. Бизнес-логика описывает реализацию бизнес-правил для конкретного промышленного предприятия. В статье подчеркнута актуальность использования аспектно-ориентированного программирования в крупных про- мышленных информационных системах, а также описаны его преимущества и недостатки с точки зрения наибольшей практической ценности. Предложен механизм, позволяющий абстрагировать бизнес-процессы предприятия на всех итерациях стадий проектирования и реализации ПО от несущественных (вспомогательных) аспектов системы. Кроме этого, в статье приводится практический пример использования аспектно-ориентированного программирования. Абстрагирование совокупности задач в аспекты позволяет получать корректное отображение связей между бизнес-процессами и требованиями к реализации объектов предметной области проектируемой информационной системы.
Система виртуальных инструментов и приборов для автоматизации учебных и научных экспериментов
В.М. Дмитриев, Т.В. Ганджа, С.А. Панов
Стр. 154 — 162
В статье рассматривается структура системы виртуальных инструментов и приборов (системы ВИП), представляющей собой комплекс программ автоматизации реально-виртуальных экспериментов. Такие эксперименты могут проводиться как на реальном объекте, так и на его компьютерной модели с использованием разработанных виртуальных приборов, каковыми являются генераторы и измерительные приборы со встроенными в них блоками математической обработки результатов измерения и моделирования. Методологическую основу системы ВИП составляет метод многоуровневого компьютерного моделирования, в формате которого строится многоуровневая компьютерная модель системы ВИП. Предназначенная для автоматизации реально-виртуальных экспериментов, она состоит из трех взаимосвязанных уровней: визуального, на котором расположены средства визуализации и интерактивного изменения значений параметров, логического, где располагается алгоритм проведения реально-виртуального эксперимента, и объектного, представляющего собой реальный технический объект и его компьютерную модель, сформированную в формате метода компонентных цепей. Будучи универсальным методом компьютерного моделирования, метод компонентных цепей позволяет автоматизировать моделирование механических, гидравлических, теплоэнергетических, электрических и электромеханических, физико-химических и химико-технологических систем. Его программной реализацией является универсальное вычислительное ядро, осуществляющее формирование и решение систем алгебро-дифференциальных уравнений, составленных на основе компонентных цепей, представляющих собой компьютерные модели анализируемых объектов в формате метода компонентных цепей. Для максимального приближения виртуального эксперимента к натурному используются виртуальные приборы, представленные своими многоуровневыми моделями. Для автоматизации натурных экспериментов над реальными объектами в рамках системы ВИП реализован блок компонентов взаимодействия с измерительно-управляющим контроллером аппаратно-программного комплекса «Лабораторное автоматизированное рабочее место». Подключаемый к компьютеру посредством шины USB, он включает в себя источник постоянного напряжения, генератор напряжения произвольной формы, вольтметр, амперметр, а также двухканальный осциллограф. Они осуществляют генерацию или измерение характеристик реальных электрических сигналов с последующей их передачей в компьютер, математической обработкой и визуализацией с помощью разработанных виртуальных инструментов и приборов.
3D-моделирование методов съемки мобильными видеосистемами
В.В. Извозчикова, А.В. Меженин
Стр. 163 — 167
Проводимые исследования направлены на разработку виртуальных симуляторов, имитирующих реальные условия эксплуатации, для тестирования и моделирования методов съемки мобильными видеосистемами. При этом предполагается, что средствами 3D-графики эмулируются не только окружающая среда и условия съемки, но и сами видеосистемы: средства технического зрения, бортовые камеры роботов и беспилотных летательных аппаратов. Использование таких симуляторов позволит создавать, совершенствовать и тестировать различные алгоритмы прикладных интеллектуальных систем без создания сложных дорогостоящих стендов. Рассматриваются вопросы оценки качества работы систем распознавания и реконструкции, использующих для представления данных полигональную сетку. Для оценки качества реконструкции и точности получения полигональной сети в качестве математического аппарата предлагается использовать размерность Хаусдорфа. Приведены результаты апробации рассматриваемых методов: использование виртуальных сред и оценка подобия полигональных сеток. На этапе сегментации и нахождения вершин и отрезков исследуемых объектов продемонстрировано использование как реальных изображений, полученных реальной камерой, так и синтезированных. На этапе реконструкции для тестирования одной из систем реконструкции также был использован набор синтезированных изображений. Для оценки подобия полигональных объектов на основе размерности Хаусдорфа разработаны соответствующие функции и приведен результат их работы.
Метод обнаружения и сопровождения воздушных объектов по отраженным радиосигналам сторонних источников в пассивно-активных системах радиолокации
С.А. Батчев, А.Г. Зайцев, А.Б. Талалаев, Д.А. Тимаков
Стр. 168 — 174
В рамках проведенных исследований дается оценка уровня развития современных пассивно-активных систем радиолокации. Показано, что применение таких систем повышает эффективность контроля воздушного пространства и снижает его стоимость. В работе дано описание разработанного метода обнаружения и сопровождения воздушных объектов по отраженным радиосигналам сторонних источников в пассивно-активных системах радиолокации, основанного на измерении временной задержки между опорным и отраженным сигналами и относительной радиальной скорости контролируемого объекта. В отличие от известных подходов данный метод учитывает факторы, влияющие на качество обнаружения и определения траекторных характеристик воздушных целей, и позволяет расширить зону контроля воздушного пространства. В ходе проведенных исследований доказано, что основными факторами, снижающими эффективность работы системы, являются уровень подавления опорного сигнала в целевом канале и отраженного сигнала в основном канале, изменение формы отраженного сигнала, уровень мощности отраженных сигналов от местных неподвижных объектов. Предложены пути уменьшения влияния данных факторов, основанные на применении алгоритмов амплитудно-фазовой коррекции сигналов в приемных каналах и децимации цифровых потоков. Применение данных подходов сокращает время выполнения процедур и повышает соотношение сигнал/шум радиолокационного отклика от воздушного объекта. Для сравнения разработанного метода с известными методами проведены эксперименты по приему отраженных от реальных воздушных объектов сигналов. Представлены результаты данных экспериментально-теоретических исследований, подтверждающие эффективность разработанного метода. Предлагаемый к реализации метод может быть использован при разработке пассивно-активных комплексов радиолокации по сигналам сторонних источников для обнаружения и сопровождения целей с выдачей координатно-трассовой информации.
Программный комплекс пространственной навигации и мониторинга на основе алгоритма визуальной одометрии
А.А. Кочкаров, И.А. Калинов
Стр. 175 — 180
В настоящей работе представлен программный комплекс беспилотного летательного аппарата мультироторного типа, ориентированный на мониторинг пространства и поиск человеческих лиц. Программный комплекс разработан на основе алгоритма полупрямой визуальной одометрии. Полупрямой подход избавляет от трудностей, связанных с ресурсоемким извлечением контрольных точек, и в то же время представляет собой надежный метод с точки зрения оценки движения. Алгоритм оперирует непосредственно интенсивностью пикселей, что в результате дает субпиксельную точность при обработке больших объемов кадров. Вероятностный метод отображения, в явном виде распознающий аномальные измерения для оценки трехмерных координат точки, приводит к уменьшению количества аномальных измерений и повышению как качества измерений, так и их надежности. Такая оценка передвижения кадров повышает надежность в случаях монотонной, повторяющейся или высокочастной текстуры. Это алгоритм неявно прямой визуальной одометрии. В работе приведено сравнение данного алгоритма с другим популярным алгоритмом визуальной одометрии. Кроме того, рассмотрены различные подходы к патрулированию пространства и приведены результаты компьютерной реализации этих подходов.
Типовые функции программного обеспечения рабочего места инструктора авиационного тренажера
Л.А. Чижикова
Стр. 181 — 186
Разработкой авиационных симуляторов, имитирующих работу борта самолета и окружающей среды для обучения пилотированию летных составов, чаще всего называемых в Российской Федерации тренажерами, занимаются во всем мире. Исследования технических составляющих тренажеров показывают, что тренажерный комплекс можно разделить на несколько частей, одной из которых является программно-аппаратный комплекс рабочего места инструктора. Поэтому, как правило, в авиакосмической отрасли перед каждым разработчиком тренажера возникает задача создания ПО рабочего места инструктора. Данное ПО позволяет инструктору, обучающему пилотированию воздушного судна, задавать параметры обучения полету, контролировать и управлять подсистемами симулятора. Очень часто для каждого разработчика тренажера данное ПО является уникальным, но, тем не менее, общий и основной функционалы прослеживаются у всех производителей авиационных тренажеров. В статье рассматриваются типовые функции ПО рабочего места инструктора, а также логика взаимодействия данного ПО с подсистемами тренажера.
Влияние внешних дестабилизирующих факторов на величину низкочастотного шума интегральных схем
М.И. Горлов, Д.М. Жуков
Стр. 187 — 191
В статье представлены результаты экспериментов по измерению низкочастотного шума напряжения на выводах интегральных схем в зависимости от температуры окружающей среды, а также до и после воздействия электростати- ческими разрядами. Полученные данные показывают, что низкочастотный шум может являться информативным параметром для диагностики и разбраковки интегральных схем по надежности. Низкочастотный шум достаточно заметно изменяется под влиянием внешних воздействий. Величина этого изменения зависит от состояния интегральной схемы. Ряд экспериментов, проведенных авторами статьи, доказывает данный факт. Так, например, имеет место накопительное действие электростатических разрядов, то есть каждый последующий разряд влияет на величину шума сильнее предыдущего. Зависимость низкочастотного шума от температуры говорит о том, что изменение внутреннего состояния интегральной схемы приводит к изменению величины данного вида шума. Такая зависимость дает основания предполагать, что низкочастотный шум может выступать индикатором любого внешнего воздействия, вызывающего изменение состояния внутренней структуры интегральной схемы. О чувствительности низкочастотного шума как информативного параметра говорит также изменение его величины при отжиге электростатических дефектов, рассмотренном в статье. После отжига дефекты, внесенные электростатическими разрядами, частично или полностью устраняются, так что изменение шума после отжига говорит о прямой зависимости его величины от внутреннего состояния структуры интегральной схемы. Таким образом, эксперименты, показывающие прямую связь величины шума и внутреннего состояния интегральной схемы, позволяют разрабатывать методы сравнительных испытаний и разбраковки интегральных схем по надежности. В статье представлен способ сравнительной оценки качества и надежности двух и более партий интегральных схем, разработанный на основе полученных данных.
Обнаружение нарушений при многомерном статистическом контроле технологического процесса
В.Н. Клячкин, Ю.А. Кравцов
Стр. 192 — 197
Статистический контроль многопараметрического технологического процесса основан на использовании карты Хотеллинга. Как правило, критерием нарушения стабильности процесса является выход точки за контрольную границу карты. При этом иногда некоторые нарушения процесса карта не обнаруживает. Для повышения эффективности многомерного статистического контроля предлагаются два подхода. Первый основан на использовании специальных структур на карте Хотеллинга: вероятность случайного появления такой структуры соизмерима с вероятностью ложной тревоги, поэтому ее наличие на карте свидетельствует о нарушении процесса. В качестве структур специального вида рассмотрены тренд, цикличность, резкие скачки, приближение множества точек к контрольной границе или к оси абсцисс. Второй подход базируется на применении предупреждающей границы: попадание нескольких точек подряд между предупреждающей и контрольной границами также свидетельствует о нарушении процесса. Разработана программа, реализующая соответствующие алгоритмы поиска. Исходные данные включают количество контролируемых параметров процесса, количество наблюдений в выборке, количество выборок, результаты измерений. В зависимости от степени коррелированности параметров их можно объединить в группы и строить карты для каждой группы. Рассмотрен численный пример: контроль десяти параметров – диаметров крышки датчика аэродинамических углов. С целью выявления реакции различных модификаций карты Хотеллинга на возможные нарушения были смоделированы три типа нарушений: смещение среднего уровня процесса по одному из показателей, тренд процесса по всему подмножеству показателей и увеличение рассеяния данных по одному из контролируемых показателей. Показано, что нарушения, которые «не видит» обычная карта Хотеллинга, обнаруживаются предложенными методами.
Метод организации информационного и программного обеспечения системы технической подготовки производства для процессов глубокой вытяжки
А.И. Сердюк, М.В. Овечкин, М.А. Корнипаев, А.В. Щеголев
Стр. 198 — 201
В статье описывается метод организации информационного и программного обеспечения автоматизированной системы технической подготовки производства для процессов глубокой вытяжки. Отмечено, что эффективность функционирования бизнес-процессов виртуальных предприятий, основанных на сложных процедурах управления и информационного обмена, обеспечивается весьма трудоемкой, выполняемой с использованием информационных и компьютерных технологий технической подготовкой производства, которая включает в себя конструкторскую, технологическую и организационно-экономическую подготовку производства. В этих условиях особую актуальность приобретают разработка и использование компьютерных средств для комплексной автоматизации системы технической подготовки производства – от разработки технологического процесса глубокой вытяжки, проектирования технологического инструмента, разработки управляющих программ для систем ЧПУ современного оборудования по его изготовлению до автоматизированного оформления конструкторской и технологической документации. На примере производства стальных баллонов высокого давления описаны компоненты, участвующие в автоматизированных процессах передачи информации о подготовке производства. Разработана и представлена схема эффективной организации информационного и программного обеспечения, состоящая из шести модулей, объединенных в четыре группы в зависимости от функционального назначения. Отмечено, что важным компонентом автоматизации производства вытяжных заготовок является программа DEFORM, использование которой на предприятии позволяет оценить форму заготовки на каждом шаге моделирования, определить возможность появления разрывов при свертке листовой заготовки, подобрать усилие вытяжки. Приведены формулы расчета количества вытяжек на основании степени деформации металла. Проиллюстрированы поэтапно сформированные модели вытяжных инструментов, экспортированные в программу КОМПАС-3D. Предложены пути дальнейшего развития метода, основанные на автоматизации изготовления вытяжного инструмента.
Forecasting optimal duration of a beer main fermentation process using the Kalman filter
Niyonsaba T., Pavlov V.A.
Стр. 202 — 207
One of the most important processes of beer production is the main process of fermentation. In this process, the wort transforms into beer. The quality of beer depends on the dynamics of wort parameters. The main fermentation process continues for 10 days and requires high costs. Therefore, the main purpose of this article is to forecast the optimal duration of the beer main fermentation process and provide its optimal control. The Kalman filter can provide optimal control of the main fermentation process. It also estimates state variables of the main fermentation process taking into account the characteristics of random effects at the object’s input and filters measuring noise. The initial values of raw materials and control parameters of the beer main fermentation process can be determined based on the predicted completion time of the main fermentation process.
Система диагностики и оценки риска остеопоротического перелома на основе интеллектуального анализа данных
Г.А. Дмитриев, Аль-Факих Али Салех Али
Стр. 208 — 212
Использование информационных технологий в медицине при диагностике различного рода заболеваний требует совершенствования методов хранения и обработки данных. Для оценки риска остеопоротического перелома используется вычислительная модель, основанная на использовании схемы байесовского вывода. Задача прогнозирования рассматривается как задача классификации, то есть как задача нахождения апостериорной вероятности принадлежности пациента к одному из двух классов исходной классификации. Фактор, определяющий возможность остеопоротического перелома, является многомерной случайной величиной, оценка характеристик которой требует хранения и обработки больших объемов информации. В статье описываются состав и архитектура программного комплекса для диагностики остеопороза и оценки риска остеопоротического перелома. Комплекс включает в себя информационную и вычислительную компоненты. Вычислительная компонента содержит методы интеллектуального анализа данных, направленного на обнаружение закономерностей и тенденций, а также на выявление взаимосвязей существующих в многомерных массивах клинических данных. Информационная компонента содержит модели выборочных данных в виде многомерных кубов, которые формируются на базе OLAP-технологий и таблиц сопряженности. Объединение информационной и вычислительной компонент образует единую модель системы. Выходные данные информационной компоненты используются в качестве входа для вычислительной компоненты, которая служит для вывода суждений в условиях неопределенности и неполной информации. Ее основу составляют методы исчисления вероятностей, байесовы и нейронные сети. Рассмотрены вопросы использования служб Analysis Services: SQL Server Data Tools (SSDT) и SQL Server Management Studio в качестве платформы для создания и анализа многомерных моделей на основе технологий Data Mining.