2018 год, №2

Содержание выпуска
ТЕХНОЛОГИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СЕРВИСОВ ОБЛАЧНОЙ ПЛАТФОРМЫ IACPaaS С ВНЕШНИМ ПРОГРАММНЫМ ОБЕСПЕЧЕНИЕМ
В.В. Грибова, Ф.М. Москаленко, В.А. Тимченко, Л.А. Федорищев
Стр. 233 — 238
Современные облачные технологии обладают рядом преимуществ перед другими видами ПО (упрощение установки, сопровождения, доступа, командной работы и т.д.). В то же время существуют задачи, которые невозможно выполнить на облачных платформах (или их выполнение неоптимально). Поэтому очевидна необходимость в создании стандартов, интерфейсов, систем, позволяющих объединять возможности ПО разных видов. В данной статье рассмотрены архитектура и технология взаимодействия облачной платформы IACPaaS и внешнего традиционного ПО. Приведена архитектура взаимодействия облачной платформы и внешнего ПО, которая включает пять основных компонентов: два из них на платформе – сервис и агент-посредник и три на внешней системе – веб-сервер, программа посредник, внешнее ПО. Описаны особенности каждого из этих компонентов. Представлена технология разработки сервиса с учетом приведенной архитектуры, состоящая из четырех основных этапов: разработка сервиса на платформе, разработка внешнего ПО, установка веб-сервера, разработка коммуникационного ПО – программы-посредника. Описаны особенности каждого из этих этапов. Названы необходимые требования при разработке агентов на платформе, спецификации параметров при отправке и получении сообщений. Представлены соответствующие примеры. Приведены примеры успешного использования описываемой технологии при решении задач транспортного моделирования. Показано, что основная вычислительная нагрузка сосредоточена на внешнем ПО, тогда как на платформе IACPaaS находятся сервисы визуализации результатов этих вычислений. Продемонстрировано поэтапное выполнение рассмотренной технологии.
О РЕАЛИЗАЦИИ СРЕДСТВ МАШИННОГО ОБУЧЕНИЯ В ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ
А.П. Еремеев, А.А. Кожухов, В.В. Голенков, Н.А. Гулякина
Стр. 239 — 245
В работе дан анализ методов обучения с подкреплением (RL-обучения) в плане их использования в интеллектуальных системах реального времени на примере интеллектуальных систем поддержки принятия решений реального времени. Описана реализация алгоритмов обучения с подкреплением на основе временных (темпоральных) различий и рассмотрены основные преимущества использования гибких алгоритмов, которые могут оказывать значительное влияние на эффективность и производительность интеллектуальных систем реального времени. Гибкие алгоритмы могут иметь решающее значение для интеллектуальных систем поддержки принятия решений реального времени, так как они способны находить приемлемые решения в условиях жестких временных ограничений и улучшать их (вплоть до получения оптимальных) при увеличении предоставляемых ресурсов (особенно временных). Предложен гибкий алгоритм, включающий в себя статистический модуль прогнозирования и мультиагентный модуль RL-обучения. Рассмотрены возможности внедрения разработанного гибкого алгоритма в подсистему прогнозирования интеллектуальных систем реального времени типа интеллектуальных систем поддержки принятия решений реального времени для управления и мониторинга сложного технологического объекта. Описываются подход к реализации перехода от обучения интеллектуальных систем, основанных на знаниях, к обучению средств их разработки (при этом архитектура такой интеллектуальной системы рассматривается как основа обеспечения ее гибкости и обучаемости), а также направления обучения и самообучения интеллектуальных систем, их способность приобретать знания и навыки из различных источников. Дается обоснование применения развиваемой в работе технологии OSTIS для разработки интеллектуальных систем, основанных на знаниях, включая интеллектуальные системы реального времени.
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЕМ
Ю.М. Лисецкий
Стр. 246 — 252
В статье рассмотрено предприятие как открытая социально-экономическая система, которая действует в рамках ситуационного похода, что предполагает изменение форм, методов, системы, стиля руководства предприятием в зависимости от объективных условий внешней среды, а также более ускоренный процесс конвергенции моделей управления. Показано, что управление – это целенаправленный и постоянный процесс влияния субъекта управления на объект управления, направленный на смену состояния согласно определенному плану действий и являющийся неотъемлемой функцией любой системы. Приведены основные принципы (законы кибернетики) построения систем управления – разнообразие, отличие целого от частного, внешнее дополнение, обратная связь, антиэнтропийность, а также кибернетическая и функциональная модели системы управления. Представлены система управления предприятием как форма реального воплощения управленческих взаимосвязей и ее состав – подсистемы методологии управления, процесса управления, структуры управления и техники управления. Решение актуальной задачи структурной перестройки производства и прежде всего системы управления им целесообразно проводить на основе системных принципов для создания эффективной организационно-экономической модели управления производственным предприятием.
ПРИМЕНЕНИЕ ПРОДУКЦИОННОЙ МОДЕЛИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЗНАНИЙ ДЛЯ ОЦЕНКИ СООТВЕТСТВИЯ УРОВНЯ ПОДГОТОВКИ КАНДИДАТА ТРЕБОВАНИЯМ ДОЛЖНОСТИ IT-ОТДЕЛА
Т.М. Зубкова, Л.Ф. Тагирова, В.К. Тагиров
Стр. 253 — 259
В связи с бурным развитием и повсеместным внедрением в различные сферы жизни средств информационных технологий на рынке труда появилось большое количество специалистов в этой области (программисты, администраторы БД, системные администраторы и т.д.). В такой ситуации работодателям становится все сложнее выбирать подходящего сотрудника из большого количества возможных претендентов. Кроме того, сотрудникам отделов подбора персонала приходится тратить много времени на ввод и обработку данных кандидатов на различные должности, в том числе и в отделы информационных технологий. В статье предлагается решение проблемы подбора персонала в отдел информационных технологий на основе оценок качеств претендентов. Описан алгоритм и разработана программная система, позволяющая с помощью количественных оценок профессионально значимых и личностных качеств кандидатов выбрать сотрудника, наиболее соответствующего требованиям вакантной должности. Для поддержки принятия решения о соответствии уровня подготовки кандидата требованиям определенной должности отдела информационных технологий был использован модуль экспертной оценки, ядром которого является продукционная модель представления знаний. При работе программной системы данные кандидатов считываются из БД и сравниваются с правилами. В результате выдаются рекомендации для лица, принимающего решение, о том, на какую именно должность может претендовать кандидат.
ТОЧНОЕ РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ПОИСКА МИНИМАЛЬНОГО АЦИКЛИЧЕСКОГО ПУТИ ВО ВЗВЕШЕННЫХ ГРАФАХ, СОДЕРЖАЩИХ РЕБРА ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ВЕСА
Н.И. Гданский, Н.Л. Куликова, Е.В. Чумакова
Стр. 260 — 267
Рассмотрена задача определения минимальных ациклических маршрутов во взвешенных графах, содержащих ребра отрицательного веса. Исследованы возможности алгоритма Беллмана–Форда. Показано, что все его возможные модификации, даже самые глубокие, в общем случае могут определять только приближенные решения. В среднем наилучшие приближенные решения задачи дает модифицированный вариант алгоритма Беллмана–Форда, в котором циклы отбрасываются при поиске оптимальных продолжений искомого пути. Для гарантированного поиска точных решений предложена модификация метода ветвей и границ, основанная на использовании специальных деревьев ациклического перебора. В узлах данного дерева наряду с номером очередной вершины, текущей стоимостью пути и необходимыми указателями дополнительно хранятся номера всех еще не пройденных вершин, а также специальный список ребер отрицательного веса. Список вершин используется при ациклическом продолжении пути. Список ребер отрицательного веса применяется для оценки максимально возможного уменьшения стоимости пути при его продлении. С целью более удобной практической реализации деревьев ациклического перебора для вершин одного уровня предложено использовать специальные двунаправленные списки. В них прямые ссылки задают перемещение по соседним узлам уровня. Обратные ссылки указывают на предыдущую вершину в пути от начальной вершины к данному узлу. Алгоритм изложен на С-подобном псевдокоде. Приведен пример, демонстрирующий приближенный характер модификаций алгоритма Беллмана–Форда, а также показана работа предлагаемого метода.
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ ФУНКЦИЙ АЛГОРИТМОВ АНАЛИЗА ДАННЫХ
И.И. Холод
Стр. 268 — 274
В статье описывается метод определения возможности параллельного выполнения функций алгоритмов анализа данных. Входными параметрами являются алгоритм анализа данных, представленный в виде композиции потокобезопасных функций, и модель знаний, представленная в виде массива деревьев унифицированных элементов, описывающих выявленные алгоритмом закономерности. При определении возможностей распараллеливания учитываются информационные зависимости между функциями, определяемые множеством используемых и множеством изменяемых элементов моделей знаний. Метод анализирует информационные связи для каждой пары функций алгоритма при проверке возможности распараллеливания по задачам, а также для вызовов функций в циклах на разных итерациях при проверке возможности распараллеливания по данным. В процессе анализа проверяются необходимые и достаточные условия параллельного выполнения, сформулированные для систем с общей и распределенной памятью. Они уточняют условия Бернштейна, используемые в теории компиляторов и являющиеся достаточными, но не необходимыми. Метод определяет возможности параллельного выполнения функций для систем с общей памятью и для систем с распределенной памятью. При этом параллельное выполнение функций в системах с общей памятью более эффективно за счет отсутствия вызовов функции клонирования и объединения моделей знаний. Результатом работы предлагаемого метода является параллельная форма исходного алгоритма анализа данных. Она содержит вставки специальных функций высшего порядка, обеспечивающих параллельное выполнение функций алгоритма, удовлетворяющих необходимым и достаточным условиям. Для иллюстрации работы предложенного метода выполнено распараллеливание алгоритма классификации 1R. Определены функции алгоритма, которые могут быть распараллелены как по данным, так и по задачам. В качестве результата представлена параллельная форма алгоритма 1R с вставками функций распараллеливания для систем с общей памятью и для систем с распределенной памятью.
РЕКОМЕНДАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА НА ОСНОВЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО АНАЛИЗА НАУКОМЕТРИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ ИССЛЕДОВАТЕЛЯ
Д.В. Валько
Стр. 275 — 283
Сегодня научные результаты каждого исследователя могут быть представлены в различных наукометрических базах и системах. Нередко они имеют определенную популярность не в силу своей актуальности, а лишь благодаря глобальной доступности. В то же время качественные научные результаты могут оказаться вне поля зрения научного сообщества просто потому, что не размещены в той или иной популярной наукометрической системе. С точки зрения научного менеджмента такая ситуация девальвирует исследователя безотносительно качества и актуальности достигнутых им научных результатов. По мнению автора, формирование механизма выработки рекомендаций для отдельных исследователей, научных коллективов и их руководителей на всех уровнях менеджмента позволило бы обратить внимание на перспективные научные результаты и обоснованно аккумулировать необходимые ресурсы для включения таких результатов в популярные наукометрические системы. Разработка инструментария, оперирующего большими объемами открытых данных современных наукометрических систем, не может обойтись без методов интеллектуального анализа. В настоящей работе показано, что на основе алгоритма интеллектуального анализа взаимосвязей (Apriori), адаптированного к наукометрическим данным в системе Scopus, могут быть сформулированы некоторые наборы ассоциативных правил, пригодные для прогнозирования вероятных будущих научных результатов, и разработаны автоматизированные рекомендации по улучшению публикационной активности. Разработаны и предложены методический инструментарий анализа публикационной активности с применением интеллектуального анализа наукометрических данных, а также модульная архитектура и прототип программной системы, позволяющей на основе интеллектуального анализа наукометрических данных формировать публикационный рейтинг и индивидуальные рекомендации по улучшению публикационной активности автора. В статье показаны некоторые результаты экспериментов по оценке публикационного потенциала исследователей, аффилированных с Южно-Уральским государственным университетом.
СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ОБУЧЕНИЮ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ АГЕНТОВ В СРЕДЕ Atari
Д.А. Коробов, С.А. Беляев
Стр. 284 — 290
Статья посвящена разработке и исследованию алгоритмов машинного обучения в задаче обучения интеллектуальных агентов в среде Atari, представляющей эмуляцию игровой консоли Atari2600 при помощи платформы OpenAI Gym. Основные цели исследования – описание и сравнение современных алгоритмов обучения с подкреплением в различных ситуациях, выявление их достоинств и недостатков, а также формирование предложений по повышению эффективности этих алгоритмов. Авторы описывают математическую модель задачи обучения с подкреплением в виде марковского процесса принятия решений и формируют критерий оптимальности системы. Отдельно отмечены особенности, характерные для среды Atari. Описаны принцип работы существующих решений, а также использующиеся в них инструменты. Рассмотрены базовый подход Q-обучения и его известная модификация с использованием нейронной сети. Представлена идея алгоритма на основе градиента по стратегиям. Дано описание подхода алгоритмов типа «актор-критик», а также рассмотрена его асинхронная многопоточная версия. Все рассмотренные алгоритмы описаны в виде псевдокода. Предложен способ повышения эффективности обучения с помощью выделения признаков. Разработан алгоритм генерации вектора признаков на основе распознавания образов. Описаны этапы формирования вектора признаков и его использования в процессе обучения. Алгоритмы реализованы, проведен эксперимент с их использованием. Выполнен сравнительный анализ результатов и получены выводы об эффективности алгоритмов. Предложены идеи по дальнейшему увеличению скорости и качества обучения интеллектуальных агентов.
МЕТОД АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ФОРМИРОВАНИЯ СЕМАНТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ БАЗЫ ДАННЫХ ДИАЛОГОВОЙ СИСТЕМЫ
Р.В. Посевкин
Стр. 291 — 294
Работа посвящена проблеме интеллектуального анализа содержимого БД для формирования семантической модели. Для упрощения работы с программами на мобильных устройствах, таких как смартфоны и планшеты, активно внедряются голосовые ассистенты. По аналогии с голосовым ассистентом возможно внедрение диалоговой текстовой системы. Таким образом решается задача взаимодействия пользователя с программной системой использования более привычного естественного языка. Пользовательский интерфейс представляет собой систему программных решений, реализующих поиск, просмотр, получение и обработку информации из внешнего хранилища – БД. Естественно-языковой интерфейс является разновидностью пользовательского интерфейса, который принимает на вход и обрабатывает запросы на естественном языке, а также может использовать естественный язык для вывода найденной информации пользователю. Семантическая модель БД – важная компонента диалоговой системы. Данная модель описывает взаимосвязи и внутреннюю структуру БД. Формирование семантической модели БД вручную приводит к существенному увеличению временных и трудозатрат, стоимости разработки программной системы. Цель автора данной работы – автоматизация процесса формирования семантической модели БД диалоговой системы. Предлагаемый метод состоит в применении ряда подходов, позволяющих в автоматизированном режиме формировать семантическую модель существующей БД. Используя тезаурус предметной области, можно определить семантику, в значительной степени решив проблему многозначности при интерпретации текста. Применение паттернов позволяет выявить связи внутри БД. Анализ содержимого полей БД дает возможность определить характер и семантику хранимых данных, а указание локали – сократить время, необходимое для анализа содержимого БД.
СИСТЕМА РАСПАРАЛЛЕЛИВАНИЯ НАГРУЗКИ НА РЕСУРСЫ ЭВМ
Е.В. Пальчевский, А.Р. Халиков
Стр. 295 — 302
Данная статья посвящена распараллеливанию нагрузки на физические ресурсы ЭВМ за счет алгоритма, основан- ного на цепях Маркова. Разработан аппаратно-программный модуль IDLP, предназначенный для распараллеливания вычислительных процессов на физические ресурсы вычислительного кластера. Показана нагрузочная зависимость физических ресурсов от запускаемых на вычислительном кластере задач. Обоснована целесообразность применения аппаратно-программного модуля IDLP. Созданный аппаратно-программный модуль позволяет эффективно справляться с переносами вычислительных процессов, а также предотвращает перегруженность системы. Одним из элементов модуля является интуитивно понятный веб-интерфейс, позволяющий удаленно управлять IDLP как со смартфона, так и с персонального компьютера. В статье описан функционал разработанного аппаратно-программного модуля: старт, стоп, перезапуск, установка значения нагрузки ядра. Показана схема данного модуля, на которой представлено также равномерное распределение (распараллеливание) вычислительных процессов по физическим и логическим ядрам ЭВМ с последующим снижением нагрузки на центральный процессор. В работе приведены результаты тестирования аппаратно-программного модуля, в ходе которого подтверждено снижение загруженности вычислительных ресурсов физического сервера. Как следствие – повышение производительности. Разработанное решение позволяет не только повысить производительность в 1,72 раза (на конкретном используемом оборудовании, в остальных случаях нагрузка может отличаться), но и параллельно запускать сложные и ресурсоемкие вычислительные процессы без нарушения работоспособности ЭВМ.
ИЗВЛЕЧЕНИЕ СХЕМЫ ДАННЫХ ИЗ КОНЕЧНОЙ ТОЧКИ ДОСТУПА SPARQL
А.О. Мочалов, Д.И. Муромцев
Стр. 303 — 310
Статья посвящена проблеме извлечения схемы данных из конечной точки доступа SPARQL. Схема данных необходима для написания запросов и поиска информации, а также для оптимизации выполнения запросов. В данной работе рассмотрены существующие методы для извлечения схем, отмечены плюсы и минусы каждого из них. Для разработки собственного метода дано определение схемы данных, под которой в данной работе принято считать словарь всех триплетов, где предикатами являются все фиксированные предикаты из пространства имен RDFS, а также триплеты, которые логически следуют из датасета в соответствии с семантикой RDFS, кроме являющихся элементами известных словарей (RDF, RDFS, Void, OWL, XML Schema, XSD). Элементы схемы из конечной точки доступа SPARQL будут извлекаться с помощью правил RDFS. В работе используются не все правила семантики RDFS, так как, согласно принятому определению схемы данных, не все правила возвращают элементы схемы. В статье подробно описан разработанный метод, представлена его архитектура. Для работы с правилами логического вывода используется система управления бизнес-правилами Drools. В работе отмечены плюсы и минусы созданного метода, показавшего ожидаемые результаты тестирования. Отмечено, что количество классов и свойств может быть различным у опубликованной и полученной разработанным методом схем. Это обусловлено лишь тем, что разработанный метод использует правила RDF. Тестирование показало, что авторский метод не полностью покрывает СД, но вполне работоспособен.
ОБ ИНФОРМАЦИОННОМ ОБЕСПЕЧЕНИИ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ
О.В. Тиханычев
Стр. 311 — 315
Основой формализации информации, используемой в процессе автоматизированного управления, является система классификации и кодирования. Ее применение обеспечивает как работу пользователей с программными средствами, так и взаимодействие программных средств и АСУ между собой. При этом, по существующим нормативным документам, взаимодействие между АСУ, использующими различные системы классификации, организуется через специализированные протоколы взаимодействия: технического, организационного, информационного, программного. С ростом масштабов управляемых систем появляется проблема поддержания этих протоколов в актуальном состоянии, углубляющаяся с увеличением общего количества и типов взаимодействующих агентов. В настоящее время в мировой практике существует достаточно широкий спектр подходов к решению указанной проблемы: обмен данными с использованием XML-файлов, взаимодействие на основе HLA-технологий и другие. Но ни один из них не обеспечивает в полной мере информационное взаимодействие в распределенных мультиагентных системах автоматизированного управления. Автор, исходя из анализа возможностей современных информационных технологий, предлагает для решения проблемы отказаться от жестких принципов кодирования информации, перейдя к ее классификации на основе механизмов нечетких множеств, многомерных OLAP-матриц или RDF-графов. При этом учтено, что особенности организации систем автоматизированной поддержки принятия решений и наличие в них многочисленных компонентов оперативной обработки информации делают взаимодействие на базе нечеткого информационного обеспечения наиболее приемлемым для решения описанной в статье проблемы. Сделан вывод, что предлагаемый подход не противоречит принципам создания единого информационного пространства, а дополняет их за счет перехода от организационных методов обеспечения взаимодействия автоматизированных систем к более простым технологическим. Разумеется, с учетом ограничений для систем, предельно критичных к вероятности ошибки в обработке информации.
К ВОПРОСУ ОЦЕНКИ УСТОЙЧИВОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ СЕТИ СВЯЗИ
Г.В. Попков
Стр. 316 — 320
В статье рассматриваются вопросы оценки устойчивости функционирования сети электросвязи к разрушающим деструктивным воздействиям. Предложена методика по представлению атакуемой сети электросвязи в виде динамических гиперсетей, позволяющих давать объективную оценку состоянию атакуемой сети с точки зрения устойчивости. Введены понятие разрушающего деструктивного воздействия и связанное с ним понятие канала разрушающего деструктивного воздействия на элементы NE сети связи, находящиеся на различных уровнях гиперсетевых моделей. Простота и удобство представления атакуемой сети в виде динамических гиперсетей позволяют расширить класс задач, связанных с определением устойчивости сетей связи к внешним деструктивным воздействиям, в частности, находить корреляционные связи между частными моделями нарушителя, моделями атак и моделями уязвимости сети электросвязи на исследуемом уровне. Такой подход позволяет проектировать устойчивые сети связи с учетом динамически меняющихся внешних факторов, связанных с угрозами, направленными на структуру сети связи, а также эффективно выявлять и блокировать угрозы, связанные с внешними информационными воздействиями, обеспечивая доступность, целостность, конфиденциальность пользовательской информации. На основании предложенных подходов представляется целесообразным создавать онтологии знаний, основанные на реакции сети на разрушающее деструктивное воздействие в точках мониторинга сети электросвязи, что, в свою очередь, позволит эффективно проектировать и инсталлировать средства защиты информации на реальных сетевых структурах. Предложена частная математическая модель внешнего деструктивного воздействия, основанная на применении теории вероятности, позволяющая прослеживать динамические изменения в структуре сети электросвязи и определять количественные оценки QoS приложений.
АДАПТИВНЫЙ АЛГОРИТМ ПОИСКА ОПТИМАЛЬНОГО МАРШРУТА В НЕСТАЦИОНАРНОЙ СЕТИ
А.А. Солдатенко
Стр. 321 — 329
Рассматривается задача Time-Dependent Shortest-Path (TDSP), которая является расширением задачи о кратчайшем пути в графе. Задача TDSP возникает при проектировании и эксплуатации телекоммуникационных и транспортных сетей, когда требуется учитывать временной фактор и возможность возникновения в отдельные промежутки времени снижения объема трафика и наличия пробок в сети. В этих случаях сеть представляется ориентированным графом G = (V, E), в котором для каждой дуги (x, y)  E определены две функции: время, необходимое для передвижения по этой дуге, и время прибытия в вершину y при условии, что старт из вершины x осуществлен в момент времени t. Такую сеть называют нестационарной, а наименьшее время передвижения из стартовой вершины в целевую интерпретируют как оптимальный маршрут между этими вершинами. Известно, что задача TDSP для нестационарной сети общего вида является NP-трудной. В данной статье задача TDSP рассматривается для полиномиально разрешимого случая, когда функции прибытия монотонны. Предлагается решать TDSP с помощью двухфазного алгоритма ALT (A* with Landmarks & Triangle) – одного из современных алгоритмов оптимальной маршрутизации, изначально разработанного для решения задачи о кратчайшем пути в графе. Данный алгоритм на первой фазе расставляет некоторое множество ориентиров в вершинах сети и вычисляет потенциальные функции, а на второй с помощью алгоритма A* и потенциальных функций находит оптимальный маршрут. Предлагается модификация алгоритма ALT, эффективно решающая задачу TDSP для последовательности запросов на поиск оптимальных маршрутов в нестационарной сети. Модификация заключается в применении адаптивной эвристики для расстановки ориентиров, а также специальных формул вычисления потенциальных функций. Адаптивная эвристика использует историю обработки предыдущих запросов и корректирует текущий набор ориентиров для эффективного исполнения последующих запросов. Приводятся описание и оценка времени работы модифицированного алгоритма ALT. Представлены результаты вычислительных экспериментов, выполненные с помощью разработанных программных средств и подтверждающие высокое быстродействие модифицированного алгоритма ALT по сравнению с его классическими аналогами.
АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ИННОВАЦИОННЫМИ ПРОЕКТАМИ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ
М.В. Черновалова
Стр. 330 — 342
Существующие в настоящее время подходы к управлению проектами ориентированы на последовательное выполнение всех его этапов и работ. При этом не учитывается влияние полученных ранее результатов и факторов неопределенности на показатели результативности инновационного проекта и степень его выполнимости. Предлагаются разработанные алгоритмы, направленные на решение данных задач. Первый алгоритм обеспечивает учет влияния факторов неопределенности на длительность работ инновационного проекта и затраты, связанные с их выполнением. Отличительной особенность данного алгоритма является применение системы нечетких продукционных правил для определения возможного отклонения результатов отдельных работ проекта от заданных значений показателей. Это позволяет при управлении инновационным проектом учитывать факторы неопределенности внешней и внутренней среды при минимизации затрат, связанных с инновациями. Второй алгоритм ориентирован на минимизацию длительности выполнения проекта или затрат, связанных с обеспечением его всеми необходимыми ресурсами. Основой для данного алгоритма является алгоритм List Scheduling, отличающийся использованием нечетких продукционных правил для обеспечения эффективного распределения имеющихся ресурсов в зависимости от заданных значений показателей результативности, а также прогнозирования времени выполнения конкретной работы при выделенном объеме ресурсов. Предлагаемая информационная система ориентирована на комплексную автоматизацию процесса управления инновационными проектами. В статье также представлена архитектура системы, отражающая основные модули и потоки данных между ними. В результате определен вариант построения структуры работ для каждого из этапов инновационного проекта. В целом это позволило уменьшить срок его реализации.
ТЕХНОЛОГИЯ И СРЕДСТВА АВТОМАТИЗАЦИИ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ РЕГИОНАЛЬНОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ
А.В. Маслобоев, В.А. Путилов
Стр. 343 — 352
Основное направление исследований связано с разработкой информационных технологий и средств компьютерного моделирования для информационно-аналитической поддержки управления безопасностью региональных социально-экономических систем. Исследования проводятся в рамках реализации стратегии развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года на территории Мурманской области. Работа посвящена созданию инструментария для решения задач информационной поддержки принятия решений в сфере управления региональной безопасностью. С этой целью разработан программный тренажерно-моделирующий комплекс информационной поддержки сетецентрического управления региональной безопасностью. В работе рассматриваются архитектура и особенности реализации программного комплекса. Комплекс представляет собой многоагентную среду моделирования, обеспечивающую автоматизированный синтез и анализ мультиагентных моделей сетевых виртуальных структур управления безопасностью региона в условиях кризисных ситуаций в социально-экономической сфере. Модельный и программный инструментарий комплекса позволяет сформировать, исследовать и расширить спектр альтернативных сценариев моделирования региональных кризисных ситуаций, что повышает качество информационного обеспечения для выработки и реализации эффективных управленческих решений. Комплекс состоит из автономных программных агентов с имитационным аппаратом и вспомогательного ПО. Ядро и компоненты системы образуют сетецентрическое многоуровневое виртуальное пространство как интеграционную площадку для проблемно-ориентированных коалиционных мультиагентных систем информационной поддержки управления в каждой сфере региональной безопасности. Применение комплекса обеспечивает возможность оперативной настройки среды моделирования на особенности той или иной задачи управления и высокую вариабельность реализации вычислительных экспериментов.
ИСПОЛНЕНИЕ МОДЕЛЕЙ СИСТЕМНОЙ ДИНАМИКИ НА ОСНОВЕ НЕПРЕРЫВНОГО ПОТОКА ВХОДНЫХ ДАННЫХ
И.А. Перл, М.М. Петрова, А.А. Мулюкин, О.В. Каленова
Стр. 353 — 361
В статье описывается новый подход к расчету моделей системной динамики. Входными данными для работы модели является набор статических известных данных. В результате моделирования разработчик получает набор системных или событийных характеристик, вычисленных на базе входных параметров модели. Данный подход широко при- меняется в различных отраслях, однако не является единственным сценарием. С ростом популярности таких концепций, как Интернет вещей, значительно растет спрос на основанные на моделировании решения, которые в качестве входных данных принимают непрерывный поток данных. Такой поток формируется с большинства устройств, входящих в единую инфраструктуру систем Интернета вещей. Облачные решения, такие как sdCloud, стали разумным ответом на требования промышленности. По сравнению с автономными моделирующими системами пользователя эти системы способны обеспечивать непрерывный расчет моделей системной динамики любой сложности, собирать и предоставлять данные моделирования с различных удаленных точек. Другими словами, они готовы принимать входной поток данных и выполнять расчет модели, в результате чего конечный пользователь получит ответ (непрерывного) потокового моделирования. В данной статье рассматриваются несколько сценариев сбора данных с удаленных устройств инфраструктуры Интернета вещей. Запуск моделей системной динамики параллельно с процессом, описывающим их, позволяет прогнозировать состояния системы, а также находить дополнительные скрытые внешние влияния на модель. В статье раскрываются все преимущества использования такого подхода по сравнению с аналитическим предсказанием состояния системы, базирующимся на анализе исторических данных. Например, подход непрерывного моделирования может стать хорошей основой для прогнозируемого обслуживания сложных технических систем, так как позволяет эффективнее вычислять ближайшее время технического обслуживания.
СОЗДАНИЕ ПАНОРАМНЫХ АЭРОФОТОСНИМКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КВАДРОКОПТЕРА
А.И. Пахирка, А.Г. Зотин, В.В. Буряченко
Стр. 362 — 367
В статье рассматривается подход к формированию панорамных снимков, представляющих высокодетализированные изображения местности. Для получения панорамных изображений высокого качества требуются специализированное оборудование и по возможности максимальная высота съемки. Эти факторы можно исключить, если использовать сшивку изображений, получаемых с камер, расположенных на недорогих беспилотных летательных аппаратах – квадрокоптерах. Одним из подходов к формированию панорамных снимков является использование серии изображений или видеопоследовательности, полученных при съемке с квадрокоптера или иного беспилотного летательного аппарата. Для сшивки изображений применяются методы сопоставления точечных особенностей, при этом алгоритмы обнаружения особых точек должны гарантировать инвариантность относительно любых преобразований изображения для того, чтобы можно было выполнить анализ данных и формирование панорамных снимков. Для исследования были выбраны такие алгоритмы, как FAST, FAST-ER и SURF, поскольку на текущий момент они являются наиболее распространенными для решения подобного рода задач. В качестве алгоритмов для определения соответствий найденных точечных особенностей были выбраны алгоритмы RANSAC и MLESAC. В работе предложен алгоритм создания панорамного аэрофотоснимка из набора последовательных изображений местности, полученных с беспилотного летательного аппарата, на основе сопоставления ключевых особенностей. Используется глобальное выравнивание панорамного снимка с применением аффинных преобразований. Особое внимание уделяется сшивке изображений с применением технологии многополосного смешивания, что обеспечивает качественную визуализацию в местах сшивки панорамного снимка.
АЛГОРИТМ РАСПОЗНАВАНИЯ СИТУАЦИЙ В РАСПРЕДЕЛЕННОЙ СИСТЕМЕ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ
А.Ю. Кручинин, Д.В. Колмыков, Р.Р. Галимов
Стр. 368 — 373
Системы видеонаблюдения являются важнейшим средством для предотвращения нештатных ситуаций, таких как преступления, аварийные ситуации. Большое количество камер и значительная площадь зоны контроля обусловливают необходимость внедрения видеоаналитики для распознавания опасных ситуаций. При этом нужно учитывать данные с множества видеокамер как для детектирования траектории движения распознаваемого объекта, так и для повышения достоверности распознавания. В статье предлагается алгоритм распознавания нештатных ситуаций для распределенной системы видеонаблюдения, основанной на стохастических грамматиках. Распознавание ситуации происходит на трех уровнях: нижнем – распознаются образы, среднем – события и верхнем – ситуации. Для снижения времени отклика системы предлагается использовать многоагентную архитектуру, позволяющую распределять нагрузку между интеллектуальными камерами. Уменьшение сетевого трафика достигается тем, что обмен данными происходит только между близлежащими узлами. Использование большого количества видеокамер предполагает наличие зон, контролируемых несколькими узлами. Совмещение результатов детектирования нескольких камер позволяет повысить оценку достоверности, но для этого требуется знать взаимное расположение камер и углов их поворотов. В статье предложены методы для автоматической калибровки камер распределенной системы видеонаблюдения, способы совмещения образов на разных камерах, в частности, на основе векторов скорости движения объектов. С учетом определенных особенностей распределенной системы видеонаблюдения разработан алгоритм распознавания нештатных ситуаций для интеллектуальной камеры видеонаблюдения. Каждая камера генерирует вероятные ситуации на основе ранее распознанных событий. При превышении порогового значения вероятностной оценки результата детектирования осуществляется его уточнение в процессе взаимодействия с соседними узлами.
МЕТОДИЧЕСКИЙ ПОДХОД К МОДЕЛИРОВАНИЮ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЗАПАСНЫМИ ЧАСТЯМИ
Д.Ю. Брежнев, Р.В. Допира, А.А. Судариков
Стр. 374 — 381
В статье рассмотрен методический подход к построению модели многоуровневой системы обеспечения запасными частями сложных технических систем. Модель предназначена для обоснования количественного и номенклатурного составов комплектов зенитных частей, имущества и принадлежностей в условиях реализации требований к оперативности восстановления работоспособности образцов техники в составе системы. Ключевая идея заключается в подаче на вход модели имитированного потока заявок и исследовании реакции системы зенитных частей, имущества и принадлежностей на них путем моделирования времени удовлетворения заявок от комплектов зенитных частей, имущества и принадлежностей различного уровня при последовательном наращивании их номенклатурного и количественного составов. При этом имитированный поток заявок может отличаться от простейшего, что позволяет обоснованно распределять заявки на запасные части между комплектами зенитных частей, имущества и принадлежностей различного уровня содержания. Модель предусматривает возможность использования одной из трех стратегий пополнения комплектов зенитных частей, имущества и принадлежностей как в системе обеспечения зенитных частей, имущества и принадлежностей в целом, так и по конкретной номенклатуре запасных частей. Заложенный принцип модульного представления комплектов зенитных частей, имущества и принадлежностей позволяет моделировать систему обеспечения зенитных частей, имущества и принадлежностей в различных вариантах одноуровневой или многоуровневой структуры в зависимости от условий применения или принципов построения сложных технических систем. Моделирование осуществляется с учетом вклада стоимости каждой запасной части в общую стоимость системы обеспечения ЗИП при ограничении на требуемое время задержки, связанное с доставкой запасных частей. В результате этого имеется возможность обосновать состав комплектов зенитных частей, имущества и принадлежностей сложной технической системы оптимальным образом.
РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИЙ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ В СРЕДЕ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ПАКЕТА MathCAD
С.В. Бакушев
Стр. 382 — 386
Рассматриваются возможности математического пакета MathCAD при решении задач прочностного и деформационного расчета строительных и машиностроительных конструкций методом конечных элементов. Показано, что для решения данных задач возможностей математического пакета MathCAD явно недостаточно, так как необходимо обрабатывать достаточно большие объемы информации. Для задач иллюстративного или учебного характера, когда матрица жесткости имеет небольшую размерность и ее компоненты можно ввести в ручном режиме, возможностей пакета MathCAD вполне достаточно, и с его помощью можно получить решение задачи. При этом матрицу жесткости следует формировать путем ручного ввода значений ее компонент, вычисленных заранее в системе MathCAD. В реальных расчетных задачах матрица жесткости имеет большой порядок (порядка тысяч, десятков и сотен тысяч), поэтому для их решения следует использовать специализированные программные комплексы, например ЛИРА, SCAD, ANSYS и другие. В статье рассмотрен конкретный числовой пример расчета пластинки сложного очертания, находящейся в условиях плоского напряженного состояния, методом конечных элементов. Пластинка разбивается на три конечных элемента. Матрица жесткости при этом имеет порядок, равный десяти, и решение задачи получено лишь при ручном вводе значений ее компонент. Полученные результаты можно применять при решении задач расчета строительных и машиностроительных конструкций методом конечных элементов с использованием программно-математического обеспечения персональных компьютеров, в частности, MathCAD.
ПРИМЕНЕНИЕ АЛГОРИТМА ПЕРЕБОРА ДЕРЕВЬЕВ И МЕТОДА ИМИТАЦИИ ОТЖИГА ДЛЯ СХЕМНО-СТРУКТУРНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ ТЕПЛОВЫХ СЕТЕЙ
В.А. Стенников, А.А. Чемезов
Стр. 387 — 395
В статье рассматривается математически сложная задача схемно-структурной оптимизации тепловых сетей, излагаются ее постановка, методические подходы и алгоритмы решения. В практике проектирования эта задача традиционно решается сопоставлением 2-3 заранее намеченных вариантов схемы. Значительное усложнение схемы и масштабов систем обусловило то, что получаемые решения далеки от оптимальных и нередко приводят к слабой загруженности участков сети и даже их неработоспособности. Развитие методов математического программирования и оптимизации открывает новые широкие возможности для решения практических задач. Вместе с тем это требует понимания энергетических, математических особенностей и соответствующих связей между ними с целью правильного применения математических методов. Накоплен большой арсенал методов, выбор из их числа эффективных требует проведения специальных исследований, связанных с возможностями и ограниченностью применения. Сложность задачи схемно-структурной оптимизации заключается в том, что целевая функция в виде приведенных затрат является выпуклой по расходам и вогнутой по напорам. Фиксируя напоры путем преобразований, удается свести ее к вогнутой функции. Задача по своей сути является многоэкстремальной, что характерно для задач вогнутого программирования. Оптимальное решение будет иметь вид дерева. Каждому возможному варианту дерева, соответствующего вершине многогранника ограничений, будет отвечать локальный минимум целевой функции. Именно это делает данную задачу трудноформализуемой, что не позволяет найти аналитическое решение. В статье рассматривается исторически применяемый метод перебора деревьев, предлагаются его модификации, а также другие методы, ранее не применявшиеся для оптимизации тепловых сетей. Осуществляется сравнительный анализ предлагаемых методов и алгоритмов, дается оценка эффективности их практического применения для расчета сетей различных масштабов и сложности. Реализации алгоритмов имеют универсальный характер и могут применяться для различных типов энергетических систем, имеющих сетевую структуру.
ПРОГРАММА МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРОВОДА И ПОТЕРЬ МОЩНОСТИ НА ОСНОВЕ УЧЕТА РЕЖИМНЫХ И АТМОСФЕРНЫХ ФАКТОРОВ
А.Б. Баламетов, Э.Д. Халилов, М.П. Байрамов, К.А. Агаханова
Стр. 396 — 402
В современных условиях в связи с ростом электропотребления и заметными климатическими изменениями повысился интерес к расчетам допустимых механических и токовых нагрузок на провода воздушных линий. Максимальное использование их пропускной способности может быть достигнуто при наличии достоверной информации о состоянии линии. Повысить точность расчета потерь электроэнергии в воздушных линиях электропередачи можно, определив активное сопротивление проводов с учетом протекающего по линиям рабочего тока, температуры окружающего воздуха, скорости ветра и теплоты солнечного излучения. В этих условиях очень важно иметь ПО для оценки и непрерывного контроля температуры провода при различных погодных условиях, достоверно определять допустимую токовую нагрузку и иметь возможность при возникновении недопустимой перегрузки линии, в том числе в ремонтных режимах, выполнять мероприятия по разгрузке остающихся в работе воздушных линий. Современные программы расчета режимов энергосистем не включают в себя уравнения тепловых балансов проводов воздушных линий. Это приводит к невозможности учета их температурного режима из-за несоответствия активных сопротивлений проводов их температуре. Авторами данной статьи разработаны алгоритм и программа расчета удельного активного сопротивления проводов воздушных линий с учетом температуры воздуха, рабочего тока, скорости ветра и солнечной радиации. Проведена количественная оценка влияния тока нагрузки, температуры окружающей среды, солнечной радиации и скорости ветра на активное сопротивление проводов воздушных линий. Приведены результаты расчета предельных токовых нагрузок для проводов с активным сопротивлением. На основе проведенных расчетов по оценке влияния тока нагрузки, температуры окружающей среды, солнечной радиации и скорости ветра на активное сопротивление проводов воздушных линий установлено, что при расчете потерь электроэнергии для проводов без учета температурной зависимости сопротивления относительные погрешности могут достигать 26 % и более, что недопустимо. Поэтому требуется автоматическая регистрация температуры провода для повышения точности расчета потерь активной мощности и энергии.
СРАВНЕНИЕ АДАПТИВНОГО И ЖЕСТКОГО АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ ДОРОЖНЫМ ДВИЖЕНИЕМ НА БАЗЕ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ В СРЕДЕ AnyLogic
Я.И. Шамлицкий, А.С. Охота, С.Н. Мироненко
Стр. 403 — 408
Рост автомобильного парка и объема перевозок обусловили увеличение интенсивности движения, что в условиях городов с исторически сложившейся застройкой приводит к возникновению транспортной проблемы. Особенно остро она проявляется в узловых пунктах уличноорожной сети. Проблемы связаны с увеличением транспортных задержек, образованием очередей и заторов, что, в свою очередь, вызывает снижение скорости сообщения, неоправданный перерасход топлива и повышенное изнашивание узлов и агрегатов транспортных средств. Есть два пути решения проблемы: инженерно-строительные работы (расширение проезжей части, применение сложных развязок дорожной сети) и применение АСУ дорожным движением. Использование первого варианта является дорогостоящим и занимает долгое время от разработки до сдачи объекта в применение. Второй вариант менее глобальный в плане изменения дорожной сети, но более продуктивный. АСУ дорожным движением, в свою очередь, также бывает нескольких видов. Жесткий алгоритм настраивается вручную специально обученным оператором, что не всегда удобно и эффективно. Адаптивный алгоритм подстраивается автоматически под поток, что более удобно во время так называемого часа пик. Наблюдаемое в течение суток изменение интенсивности движения требует соответствующего изменения длительности цикла и разрешающих сигналов. Многопрограммное жесткое управление не способно учитывать кратковременные случайные колебания в числе автомобилей, подходящих к перекрестку. Применение АСУ дорожным движением на основе адаптивного алгоритма позволит решить проблему с увеличением интенсивности движения в городах. Общегородская система должна быть основана на принципах, обеспечивающих максимальную эффективность управления и надежность функционирования системы. Совершенствование и развитие АСУ дорожным движением имеет особое значение для любого крупного мегаполиса.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ ВЫЧИСЛЕНИЯ ЧИСЛА Пи СТАНДАРТНЫМИ СРЕДСТВАМИ
О.А. Бакаева
Стр. 409 — 413
Процесс исследования нахождения числа Пи можно разделить на три периода: древний период, классическая эра и эра современных компьютеров. Каждый из них характеризуется своими методами и инструментами. Цель данной работы заключается в анализе и сравнении различных методов вычисления числа Пи с использованием стандартных инструментов – табличного процессора MS Excel и среды программирования Free Pascal. В основе вычислительных методов лежат математические выражения, которые являются качественной аппроксимацией числа Пи. Это ряды Грегори–Лейбница, Мадхавы, Нилаканта, формулы Эйлера и Валлиса и другие. Сравни- тельный анализ этих выражений и алгоритмов, созданных на их основе, позволил выявить самый быстрый и точный метод нахождения числа Пи. Результатом проведенных исследований вычислительного характера стало нахождение числа Пи с точностью до 10-го знака после запятой. Указанные вычисления были выполнены в табличном процессоре MS Excel и программной среде Free Pascal. Цель данного исследования состояла в том, чтобы выяснить, какая из вычислительных сред является более точной и эффективной для нахождения числа Пи. По результатам исследования представлен сравнительный анализ вычислительных возможностей MS Excel и Free Pascal относительно трудоемкости, времени расчетов и точности вычислений числа Пи. Оригинальность работы состоит в том, что для каждого нового разряда слагаемых вычисляется сумма ряда, которая сходится к Пи. Таким образом, показана динамика сходимости рядов к числу Пи на практике. Для каждого из этих приближенных значений числа Пи рассчитаны абсолютная и относительная ошибки. Количество слагаемых выбирается, исходя из точности вычислений, которая считается удовлетворительной, если относительная ошибка < 0,001 %.
ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ВЕЙВЛЕТ-ФРАКТАЛЬНО-КОРРЕЛЯЦИОННОГО МЕТОДА ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ КОСМИЧЕСКОГО МУСОРА
Б.В. Палюх, И.И. Зыков
Стр. 414 — 417
Освоение космического пространства в значительной мере зависит от обеспечения безопасности орбитальных космических аппаратов от воздействия космического мусора, потенциальным источником которого может быть каждый спутник, космический зонд или пилотируемая миссия. В данной статье представлен метод обнаружения различных объектов космического мусора. На первом этапе изображения космического пространства, полученные от оптико-электронного прибора, размещенного на космическом аппарате, преобразуются в полутоновые изображения, которые в дальнейшем обрабатываются при помощи вейвлет- преобразований. Затем для полученных результатов проводятся операции бинаризации и заполнения отверстий, формируются минимальные прямоугольные области, накрывающие предполагаемые объекты космического мусора. В итоге для этих областей формируются статистики в виде максимальных собственных значений автокорреляционных матриц и фрактальных размерностей для принятия решения об обнаружении объектов космического мусора по критерию Неймана−Пирсона. Полученные результаты показывают, что объекты космического мусора могут быть успешно обнаружены.