Выпуск 5 (54), 2017: Труды СПИИРАН

В статье рассматривается подход к построению системы сбора, хранения и обработки информации и событий безопасности на основе средств Elastic Stack. Анализируются задачи мониторинга и управления инцидентами безопасности, исследуются архитектуры систем мониторинга, выявляются требования к ним, и предлагается архитектура системы сбора, хранения и обработки информации и событий безопасности. Описывается разработанный программный прототип системы и представляются результаты экспериментов с разработанным прототипом.

На основе проведенных исследований автоматизированных систем управления промышленных предприятий в работе предложена математическая модель аутентификации персонала с использованием технологии формирования и обработки гетерогенного потока, содержащего с источников видеонаблюдения в трафике видеоданных фотографические идентификационные признаки персонала. Отличительной особенностью модели являются операторы переходов и выходов, направленные на формирование сигнала управления по результатам обработки агрегированного потока видеоданных, выделении кадров-вставок, несущих фотографические идентификационные признаки о персонале, сегментации пространства изображения, необходимого для аутентификации персонала в интегрированной системе контроля и управления доступом, а также применение технологий по восстановлению видеопотока. Разработана методика идентификации кадров-вставок в гетерогенном потоке видеоданных, базирующаяся на оценке суммарной дифференциальной экстремальной яркости кадров-сверток, анализе гистограмм изображений кадров по коэффициентам корреляции и полиномам Чебышевской аппроксимации, отличающаяся использованием динамического порога при идентификации кадров и принятия решения об их классе на основе мажоритарного способа обработки данных. Представлены результаты имитационного моделирования процесса аутентификации персонала на основе предложенных модели и методик, позволяющие оценить эффективность визуальной аутентификации персонала при выполнении требований достоверности принятия решения и ограничения пропускной способности сети передачи данных.

Обнаружение аномалий в перемещениях сотрудников является важной задачей, которая связана с обеспечением киберфизической безопасности предприятий, включая критические инфраструктуры. В работе представлен подход к анализу перемещений сотрудников критической инфраструктуры, отличающийся сочетанием алгоритмов интеллектуального анализа данных и интерактивных методик визуализации. Он включает в себя два этапа – определение групп сотрудников с похожим поведением и обнаружение аномалий. Группировка пользователей по их поведению осуществляется с помощью самоорганизующихся карт Кохонена; для отображения пространственно-временных шаблонов поведения используется разработанная авторами модель визуализации BandView. Для обнаружения аномалий в поведении сотрудников предлагается механизм оценки значений пространственно-временных атрибутов движения. Отображение отклонений осуществляется с помощью тепловой карты, позволяющей аналитику с легкостью определить зону и интервал времени с подозрительной активностью. Подход апробирован на наборе данных, предоставленном в рамках конкурса VASTMiniChallenge-2 2016, который описывает перемещения сотрудников внутри здания организации.

Современные средства обработки потока видеоданных для цветового кодирования используют принцип постоянной яркости, предложенный при разработке аналоговой системы цветного телевидения NTSC. Этот принцип, как и его реализации, не свободен от недостатков: потеря информации о четкости кодируемых цветных изображений, ухудшение различимости ахроматических деталей по мере увеличения насыщенности цветов и другие. Кроме того, применение прореживания цветоразностных компонентов (4:2:2, 4:2:0, 4:1:1) в цифровых системах обработки видеоданных также искажает декодируемое видеоизображение. Для кодирования цветовой видеоинформации существует альтернативный подход — применение принципа постоянной цветовой яркости. В работе представлен сравнительный анализ принципов постоянной яркости и постоянной цветовой яркости. Показано, что при использовании принципа постоянной цветовой яркости можно получить выигрыш более 6 дБ. В работе предлагаются вещественная и целочисленные реализации принципа постоянной цветовой яркости. Выполнен сравнительный анализ разработанных реализаций и целочисленной реализации принципа постоянной яркости, показавший преимущество использования принципа постоянной цветовой яркости для некоторых современных процессоров. Повышения качества декодируемых изображений в цифровых системах кодирования видеоинформации можно достичь, применив принцип постоянной цветовой яркости.

Представлен анализ современного состояния исследований по проблеме борьбы с астероидной опасностью, который показал необходимость создания многоуровневой системы поражения астероидов. Приведены разработанные авторами математические модели и исследованы характеристики окололунной системы поражения астероидов. Получены оценки пространственно-временных характеристик и вероятностей поражения астероидов в узловых точках для одного космического аппарата-перехватчика (КАП), на основе которых сделаны выводы о потенциальной эффективности создания такой системы и указаны основные направления дальнейших исследований. Предложена оригинальная динамическая модель планирования применения окололунной системы поражения астероидов группировкой КАП. Проанализированы и обоснованы подходы к решению задач моделирования и планирования ее применения, базирующиеся на комбинированном использовании математического аппарата современной теории оптимального управления и исследования операций. Показано, что разработанное к настоящему времени модельно-алгоритмическое обеспечение можно использовать не только для окололунной, но и на других уровнях системы поражения астероидов.

Крупногабаритные трансформируемые конструкции космического базирования доставляются на орбиту в сложенном состоянии, в следствии чего встает задача их надежного раскрытия. В данной статье предлагается использовать в качестве исполнительного органа привод в виде электрической машины. Применение данного вида актюатора позволит управлять процессом раскрытия. В качестве крупногабаритной трансформируемой конструкции рассматривается рефлектор космического базирования. В настоящее время перевод аппаратов из сложенного состояния в рабочее осуществляется поэтапно. В работе рассмотрено совместное выполнение двух этапов: разворот корневого звена спицы и выдвижение промежуточного звена. Разработаны математические модели для вращательного и поступательного видов движений, учитывающие такие параметры как изгиб и сжатие спицы. Проведено моделирование и проанализированы результаты различных вариантов совместного раскрытия элементов рефлектора: использование двигателя на каждую из компонент движения и использование центробежной силы для выдвижения спицы. Рассмотрено применение алгоритма коррекции параметров структуры управления. Одним из важных достоинств алгоритма является возможность построения управления в режиме реального времени. Его можно использовать для вычисления опорного управления в алгоритмах, основанных на принципе двухканальности.

В настоящее время все большее распространение получают крауд-вычисления, то есть, привлечение к задачам обработки информации широкого круга людей, взаимодействующих посредством инфокоммуникационных технологий. Тем не менее, практическое применение этой технологии в значительной мере сдерживается неопределенностью качества получаемых результатов. В этих условиях задача систематизации сведений об используемых на данный момент методах обеспечения качества и идентификации перспективных направлений их развития является особенно актуальной. В статье обсуждаются результаты систематического обзора журнальных публикаций полнотекстовых баз ScienceDirect и IEEE Xplore, вышедших после 2012 года. Выделены наиболее распространенные на данный момент направления в обеспечении качества, используемые модели и принимаемые допущения, обозначены границы применимости методов. Отмечено, в частности, что наибольшее распространение получили методы, основанные на согласовании оценок, полученных от разных участников, и методы, основанные на применении теоретико-игровых моделей.

Предлагается метод оценки семантической близости документов на основе латентно-семантического анализа, учета динамики изменения сингулярных значений матрицы терм-документ и автоматического определения диапазона ранговых значений. Оценка семантической близости документов рассматривается применительно к решению задач выявления дублирования и противоречий в базах данных. Приводится краткий обзор подходов, используемых при оценке семантической близости документов, выявлении дублирования и противоречий в базах данных и хранилищах данных. Приводятся результаты численных примеров оценки семантических зависимостей между термами документов в интересах выявления дублирования и противоречий в базах данных. При этом в качестве результирующей характеристики рассчитывается степень соответствия λ сравниваемых документов. Приведены сравнительные оценки расчета степени соответствия λ документов с помощью основных методов (косинусной меры близости, векторной модели, коэффициента ранговой корреляции Спирмена, статической меры tf-idf — частота термина — обратная документная частота). Показано, что использование предложенного метода анализа динамики изменения сингулярных чисел матрицы «терм-документ» с автоматическим выбором диапазона используемых ранговых значений позволяет устранить зависимость метода латентно-семантического анализа от выбора оптимального ранга.

Одна из основных проблем, стоящих перед разработчиком системы с нейронной сетью — выбор структуры нейронной сети, которая могла бы решать поставленные задачи. В настоящее время нет однозначных рекомендаций по выбору такой структуры и таких параметров, как: количество слоев, количество нейронов в слое, тип нелинейности нейрона, метод обучения, параметры метода обучения и другие. В статье рассматривается подход к синтезу нейронной сети для класса логико-арифметических задач, основанный на формировании сети из предпостроенных элементарных функций. Новизна предлагаемого подхода заключается в формировании нейронной сети по известному алгоритму с использованием предварительно построенных функций. Таким образом, в статье изначально построены элементарные логико-арифметические функции, такие как «и», «или», «исключающее или», «и-не», «или-не», «», «», «>», «<», которые можно использовать для решения более сложных задач. Также приведен пример решения задачи построения функции по выбору максимального числа из четырех чисел, представленных в бинарном виде тремя разрядами. Синтез нейронной сети вышеприведенным способом выполняется с дальнейшей целью получения обобщенной структуры нейронной сети.

Исследуется задача построения нелинейных и линейных определенных в конечном поле генераторов квазиортогональных матриц семейства Адамара с малым количеством отличных между собой значений их элементов, не превосходящих по абсолютной величине 1, и глобальным или локальным значением детерминанта. Проанализированы свойства таких динамических систем, приведена классификация полученных с их помощью семейств матриц и их орнаментов, показан путь доказательства существования вещественных и целочисленных матриц, отличный от средств комбинаторного подхода. Значения, которым равны элементы матрицы, названы ее уровнями. Введены понятия адамаровой нормы и определителя квазиортогональной матрицы. Уровни, адамарова норма и определитель играют фундаментальную роль в определениях классов обобщенных матриц семейства Адамара. Выделены классы матриц Адамара, Белевича (конференц-матриц), Себерри (взвешенных матриц), Мерсенна, Эйлера, Одина (Зейделя), Ферма. Приведены формулы для значений их уровней. Орнаменты матриц Эйлера отвечают на вопрос максимальной сложности структуры матриц Адамара — бицикл с двойной каймой.

В статье предложено использование барицентрического метода в решении задач анализа характеристик излучения зеркальных антенн. Формализация задачи выполнена в приближении электродинамической теории зеркальных и полосковых антенн при сведении к решению системы сингулярных интегральных уравнений. В постановке барицентрического метода решение формируемой системы предполагается выполнять численно с использованием вариационных методов Галёркина и Ритца. Для повышения эффективности решения в сравнении с известными методами аппроксимация Ритца для областей анализа (раскрывы рефлекторов и излучателей) задается без их разбиения на элементарные подобласти (конечные элементы). Для заданной аппроксимации исходная задача сведена к системе линейных уравнений. С целью определения предпочтительности применения барицентрического метода рассмотрен пример решения задачи анализа зеркальной антенны при сравнении с существующими методами, которые формируют аппроксимацию базисными функциями путем разбиения проводящей поверхности антенны на подобласти простой формы.