Поиск статей

В представленной работе рассматривается задача автоматизации и снижения сложности процесса разработки виртуальных тренажерных комплексов. Проведенный анализ предметной области показал необходимость перехода от монолитного подхода к сервис-ориентированному варианту архитектуры. Выявлено, что использование монолитной архитектуры при реализации виртуальных тренажерных комплексов ограничивает возможность модернизации системы, увеличивает ее программную сложность, затрудняет реализацию интерфейса для управления и мониторинга процесса подготовки. Представлена общая концепция микросервисной архитектуры виртуальных тренажерных комплексов, даны определения основных и второстепенных компонентов. Научная новизна исследования заключается в переходе от классической монолитной архитектуры в предметной области ВТК к микросервисной архитектуре и устранении недостатков данного подхода за счет реализации единого протокола обмена информацией между модулями и отделения процедур сетевого взаимодействия в программные библиотеки в каждом микросервисе для унификации и повышения надежности работы системы. Применение изолированных, слабо связанных микросервисов позволяет использовать оптимальные технологии, платформы и фреймворки для их реализации, отделить графический интерфейс инструктора тренажера от системы визуализации и виртуальной реальности, обеспечить возможность гибкой замены основных компонентов (визуализации, интерфейса, взаимодействия с виртуальной реальностью) без изменения архитектуры и влияния на остальные модули. Осуществлена декомпозиция структурной модели микросервисной архитектуры, представлена специфика функционирования основных компонентов. Рассмотрена реализация библиотек сетевого взаимодействия микросервисов и протокола обмена данных на основе JSON. Практическая значимость предложенной архитектуры состоит в возможности распараллеливания и снижения сложности процесса разработки и модернизации тренажерных комплексов. Проанализированы особенности функционирования систем, реализованных на предложенной микросервисной архитектуре.

Задача обработки медицинской информации в настоящее время в нашей стране и за рубежом решается посредством разнородных медицинских информационных систем, преимущественно локального и регионального уровней. Постоянно возрастающий объем и сложность накапливаемой информации наряду с необходимостью обеспечения прозрачности и преемственности обработки медицинских данных (в частности, к примеру, по бронхолегочным заболеваниям) в различных организациях требует разработки нового подхода к интеграции их разнородных источников. При этом важным требованием к решению поставленной задачи является возможность веб-ориентированной реализации, что позволит сделать соответствующие приложения доступными широкому кругу пользователей без высоких требований к их аппаратно-программным возможностям. В работе рассматривается подход к интеграции разнородных источников медицинской информации, который основан на принципах построения микросервисных веб-архитектур. Каждый модуль обработки данных может быть использован независимо от других программных модулей, предоставляя универсальную точку входа и результирующий набор данных в соответствии с принятой схемой данных. Последовательное выполнение этапов обработки предполагает передачу управления соответствующим программным модулям в фоновом режиме по принципу Cron. В схеме декларируется два вида схем данных – локальная (от медицинских информационных систем) и глобальная (для единой системы хранения), между которыми предусмотрены соответствующие параметры отображения по принципу построения XSLT-таблиц. Важной отличительной особенностью предлагаемого подхода представляется модернизация системы хранения медицинской информации, заключающейся в создании зеркальных копий основного сервера с периодической репликацией соответствующей информации. При этом взаимодействие между клиентами и серверами хранилищ данных осуществляется по типу систем доставки контента с созданием сеанса соединения между конечными точками по принципу ближайшего расстояния между ними, рассчитанного по формуле гаверсинусов. Проведенные вычислительные эксперименты над тестовыми данными по бронхолегочным заболеваниям показали эффективность предложенного подхода как для загрузки данных, так и для их получения отдельными пользователями и программными системами. В целом показатель реактивности соответствующим веб-ориентированных приложений был улучшен на 40% при стабильном соединении.

Проблема анализа устойчивости и как ее составных частей надежности и живучести является довольно востребованной как в области телекоммуникаций, так и в других отраслях, занимающихся разработкой и эксплуатацией сложноразветвленных сетей. Наиболее подходящей моделью сети для подобного рода задач оказывается модель, использующая постулаты теории графов. При этом предположение о случайном характере отказов отдельных звеньев телекоммуникационной сети позволяет ее рассматривать в виде обобщенной модели Эрдеша–Реньи. Хорошо известно, что вероятность выхода из строя элементов может трактоваться в форме коэффициента готовности и коэффициента оперативной готовности, а также в виде других показателей, характеризующих работоспособность элементов телекоммуникационной сети. Большинство подходов рассматривают лишь случай двухполюсной связности, когда необходимо обеспечить взаимодействие двух конечных адресатов. В современных телекоммуникационных сетях на первый план выходят услуги типа виртуальных частных сетей, для которых организуются многоточечные соединения, не укладывающиеся в понятие двухполюсной связности. В этой связи в работе предлагается расширить подобный подход для анализа многополюсной и всеполюсной связностей. Так, подход для двухполюсной связности базируется на методе, использующем в качестве основы матрицу связностей, и, по сути, предполагающий последовательный перебор всех сочетаний вершинных сечений, начиная с истока и стока. Данный способ приводит к включению в общий состав сечений не минимальных, что потребовало введения дополнительной процедуры проверки добавляемого сечения на безызбыточность. Подход для всеполюсной связности базируется на методе, использующем в качестве основы матрицу связностей, и, по сути, предполагающий последовательный перебор всех сочетаний вершинных сечений, не включая одну из вершин, считаемую терминальной. Более простым решением оказался контроль добавляемого сечения на уникальность. Подход для многополюсной связности аналогичен использованному при формировании множества минимальных всеполюсных сечений и отличается, лишь процедурой отбора используемых для образования матрицы сечений комбинаций, из всего множества которых сохраняются лишь те, которые содержат полюсные вершины. В качестве тестовой сети связи используется магистральная сеть Ростелеком, развернутая с целью формирования потоков в направлении "Европа – Азия". Показано, что многополюсные сечения являются наиболее общим понятием относительно двухполюсных и всеполюсных. Не смотря на возможность подобного обобщения, в практических приложениях целесообразно рассматривать именно частные случаи вследствие их меньшей вычислительного сложности.

Планирование пути для автономных мобильных устройств является важной задачей в робототехнике. При планировании пути принято использовать один из двух классических подходов: глобальный, когда карта полностью известна, и локальный, в котором устройство по мере движения обнаруживает препятствия с помощью различных бортовых датчиков. На основе этих двух подходов также создаются алгоритмы, сочетающие в себе сильные стороны глобального и локального планирования. В ходе предыдущих исследований нами был разработан и реализован в среде Matlab прототип многокритериального сплайн-алгоритма глобального построения маршрута. Алгоритм использует граф Вороного при вычислении первой аппроксимации маршрута для запуска итерационного метода, что позволило находить путь во всех конфигурациях карты при условии существования пути от начальной точки до целевой точки. В ходе итеративного поиска использовалась целевая функция, в которой каждому критерию присваивался его вес в целевой функции. Для реализации критериев в том числе использовался метод потенциальных полей. В данной статье представлена реализация модифицированного сплайн-алгоритма для применения его на реальных автономных мобильных робототехнических системах. Для этого проводится корректирование уравнений характеристических критериев оптимальности пути. Карта препятствий, представленная в ранней версии алгоритма в виде пересечений кругов, в реальных условиях может быть представлена в виде динамически изменяемой вероятностной карты на основе сетки занятости (OccupancyGrid), а робот уже не представляет из себя геометрическую точку. Для реализации сплайн-алгоритма и дальнейшего использования его в системах управления реальных мобильных робототехнических устройств исходный код прототипа алгоритма был перенесен из среды Matlab в модуль программного обеспечения, написанный на языке программирования С++. Тестирование быстродействия алгоритма и оптимальность многокритериальной целевой функции проводились в среде ROS/Gazebo, являющимся на сегодняшний день де-факто стандартом программирования и моделирования робототехнических устройств. Полученный в результате сплайн-алгоритм поиска пути можно интегрировать в системы управления наземных колесных и гусеничных робототехнических устройств, оборудованных лазерным дальномером, а также модифицировать предложенный алгоритм для использования шагающими наземными роботами, беспилотными летающими аппаратами и беспилотными судами. Алгоритм работает в режиме реального времени и параметры влияния критериев на целевую функцию доступны для динамических изменений во время движения мобильного робота.

Статья посвящена методу обработки данных дистанционного зондирования, предназначенному для векторизации прямоугольных объектов по их ориентировочным положениям с автоматическим определением ориентации и соотношения сторон. В работе приведена формальная постановка задачи векторизации объекта заданной геометрической формы на изображении с использованием априорной информации о его пространственном положении. Метод позволяет создавать векторные представления прямоугольных геопространственных объектов по одной или нескольким устанавливаемым оператором опорным точкам и основан на кластеризации исходного изображения с использованием имеющихся спектральных каналов в качестве пространства признаков. Последующее преобразование Хафа использует локальное направление градиента яркости для оценки пространственной ориентации объекта и снижения вычислительной сложности преобразования, а также низкочастотную фильтрацию в процессе накопления значений для повышения робастности. Показана возможность модификации метода для обеспечения возможности векторизовать объекты любой аналитически задаваемой формы. При разработке метода учтены требования по минимизации времени векторизации для повышения комфорта работы оператора и обеспечения возможности предсказуемого контроля размера создаваемого векторного представления. Для экспериментального исследования разработанного метода использована тестовая выборка, содержащая более 700 объектов прямоугольной формы. В качестве критериев точности векторизации использованы средняя квадратическая ошибка позиционирования точек объекта, среднее угловое отклонение объекта в полярных координатах и коэффициент схожести площадных объектов Жаккара. Результаты эксперимента показывают снижение временных затрат на векторизацию на 2540% при использовании программной реализации разработанного метода без существенного снижения точности создаваемой картографической продукции.

Естественность — один из важнейших аспектов синтезированной речи. Современ-ные параметрические синтезаторы речи требуют обучения на большом количестве аннотированных речевых данных, чтобы иметь возможность передавать просоди-ческие элементы, такие как тоническое ударение и фразовый граничный тон. Наиболее часто используемый инструментарий для просодической аннотации речи в американском английском языке — Индексы Тонов и Просодических швов — ToBI, которые также были адаптированы для использования на других языках. В настоящей статье представлены некоторые недостатки ToBI в синтезе речи на аме-риканском английском языке, которые связаны с отсутствием тегов, специально предназначенных для обозначения различий в уровне просодии (акцента), связан-ной с конкретной частью предложения. В данном исследовании предлагается вве-дение набора тегов, предназначенных для точного моделирования степени просо-дии, а именно определенная составляющая предложения может быть особо под-черкнута, если она является намеченным фокусом высказывания или ее роль пре-уменьшена, как это обычно бывает с фразами, сообщающими о прямой речи или комментариями. С помощью нескольких аудирований было продемонстрировано, что изучение просодической модели на основе данных имеет определенные преимущества пе-ред подходами, пытающимися использовать существующие теги ToBI для переда-чи степени акцента в синтезированной речи: речь, синтезированная нейронной сетью, обученной на данных с тегами уровня просодии, представляется более естественной, и слушатели могут с большим успехом отыскать просодическую составляющую предложения.

Настоящая работа посвящена исследованию влияния нулей передаточной функции на свойства регуляторов состояния. В настоящее время при проектировании регуляторов с использованием алгоритмов модального управления наибольшее внимание уделяется выбору желаемого распределения полюсов объекта управления. При наличии нулей передаточной функции, близких к полюсам, объект управления стремится к вырождению, что проявляется в ослаблении влияния входных управляющих сигналов на выходные сигналы. При расчете регуляторов состояния это приводит к появлению чрезмерно больших коэффициентов регулятора, чувствительных к изменению параметров объекта и снижению параметрической робастности системы управления. Существующие методы анализа математической модели объекта сводятся к количественной оценке характеристик управляемости и наблюдаемости или редукции объекта управления. Перечисленные методы обладают рядом недостатков, таких как зависимость от базиса в пространстве состояний, игнорирование части модели объекта управления. В настоящей работе для проведения анализа свойств математической модели используется инвариантная по отношению к базису характеристика объекта — матрица вырожденности. В результате исследования установлено, что коэффициенты регулятора состояния обратно пропорциональны определителю матрицы вырожденности объекта управления, определитель матрицы вырожденности равен результанту полиномов передаточной функции и его величина зависит от расположения нулей передаточной функции. Предложен способ декомпозиции модели объекта управления с использованием вычетов передаточной функции. В результате преобразования полюса, которые вызывают появление больших коэффициентов регуляторов, выделяются в виде структурной помехи в составе объекта. Проектирование систем управления для подобного представления объекта может быть реализовано с использованием теории робастного управления.

Нули объектов управления являются причиной возникновения сложностей при проектировании регуляторов для таких объектов. Это влияние, в частности, проявляется в безредукторных приводах с упругой нагрузкой, конечномерные модели которых имеют нули. В текущей литературе трудности проектирования регуляторов объясняются ослаблением свойств управляемости или наблюдаемости объектов с нулями. В статье показывается, что свойства управляемости и наблюдаемости не могут объяснить трудности построения регуляторов для объектов с нулями, т.к. эти свойства не инвариантны к выбору базиса. Предлагается вместо свойств управляемости и наблюдаемости рассматривать свойство полноты объекта. Близость объекта к вырождению, к потере полноты, определяет трудности проектирования регуляторов. Анализируется один из способов регуляризации процедуры синтеза - редукция модели объекта.

Рассмотрена актуальная проблема совместного влияния развитой атмосферной турбулентности, рассеивающей молекулярно-аэрозольной атмосферы и параметров бортовой оптической аппаратуры на качество спутниковой многоспектральной видеоинформации о природной среде, получаемой при дистанционном зондировании Земли из космоса в видимой области спектра λ=400-850нм. Представленные результаты получены в рамках теории динамических систем и Фурье-преобразований линейных оптических сигналов. При анализе указанной проблемы использованы репрезентативные данные о вертикальной зависимости структурной функции атмосферной турбулентности, характеристиках бортовой оптической аппаратуры и параметрах пространственно-частотной фильтрации космической видеоинформации, определяемых многократным некогерентным рассеянием солнечных фотонов в подсистеме «молекулярно-аэрозольная атмосфера Земли – горизонтально-неоднородная подстилающая поверхность». Рассчитаны соответствующие передаточные функции и частотно-контрастные характеристики общего комплексного оптического канала. Показано, что в этом случае качество космических изображений и спектров яркости наземных (надводных) объектов среднего (Δ~10–10 2 м) и низкого (Δ~10 3 –10 4 м) пространственного разрешения практически не зависит от атмосферной турбулентности. При этом ее влияние по сравнению с многократным некогерентным молекулярно-аэрозольным рассеянием и бортовым оптическим регистратором наиболее существенно только для наиболее высокочастотных и мелкомасштабных фрагментов космических изображений (Δ<<10м).

В ретроспективном плане рассмотрены вопросы мониторинга популяции диких северных оленей с использованием наземных наблюдений и малой авиации. Проанализированы возможности использования аэрокосмических средств и спутниковых радиоошейников для слежения за животными, определения численности и половозрастной структуры стад. Представлены современные методы геоботанического картирования пастбищ с использованием многозональной космической съемки и полевых работ на ключевых участках, а также метод зооклиматического мониторинга на базе модели теплового баланса животного. Показан способ организации мониторинга, интегральной обработки и представления разнородных данных на основе интеллектуального интерфейса

Проведен анализ роли и места информационных процессов в современном мире. Определено, что информация, получаемая с помощью космических и наземных средств, существенно влияет на все сферы жизни общества и государства. Показана необходимость разработки научно-методического аппарата по созданию единого информационного пространства и единой автоматизированной системы управления разнородными средствами в воздушно-космической сфере путем интеграции существующих систем на базе единого информационного подхода формирования признакового пространства. Предложен подход к формированию единого информационного пространства в сложных информационно-управляющих системах на основе комплексного применения современных методов и моделей, базирующихся на многофакторности пространства признаков и синтезированных с использованием теории фракталов, вейвлет-преобразований, синергетических подходов, теории эффективности и качества

Проведен системный анализ прикладных задач, решаемых на основе тематической обработки материалов аэрокосмической съемки и тестовых наземных измерений. В статье рассматриваются вопросы применения аэрокосмических средств наблюдения при решении актуальных прикладных задач, входящих в сферу интереса проекта ELRI-184 «Integrated Intelligent Platform for Monitoring the Cross-Border Natural-Technological Systems». Рассмотрены направления, имеющие особую практическую значимость для приграничных территорий государств — участников проекта. На основе экспертного анализа и моделирования получены числовые значения показателей, характеризующих систему мониторинга.

В статье представлены результаты работы Лаборатории информационных технологий в управлении и робототехнике (ЛИТУР) Санкт-Петербургского института информатики и автоматизации РАН (СПИИРАН) совместно с лабораторией стереотаксиче ских методов и нейрохирургической клиникой Института мозга человека РАН (ИМЧ РАН) по комплексному междисциплинарному проекту «Методы навигации и моделирования стереотаксических манипуляторов и медицинских роботов для нейрохирургии», поддержанного грантом СПб НЦ РАН в 2006 г. В процессе выполнения проекта были рассмотрены принципы проектирования адаптивных систем управления медицинскими роботами, включая техноло гии обучения с использованием интеллектуального человекомашинного интерфейса и средств виртуальной реальности.

Рассматриваются становление, состояние и перспективы развития информатики. Акцентируется внимание на истории информатики в России и в Санкт-Петербурге. Перспективы развития информатики увязываются с формированием нового этапа взаимоотношений науки и технологий, с процессами естественной эволюции информатики и ее междисциплинарным взаимодействием с кибернетикой.

Проведены исследования ограничений, связанных с применимостью и ошибками нормировки спектральных характеристик, вегетационных индексов и коэффициентов яркости, используемых при тематической интерпретации дистанционной аэрокосмической информации и в задачах построения геоинформационных систем (ГИС). Показаны условия использования информационно-энтропийного синергетического подхода для моделирования информационных характеристик дистанционной индикации параметров развитого экологического процесса.

Рассматривается проект сетевого программного комплекса поддержки анализа и оценки защищенности информационных объектов. Приведено краткое описание исходной модели и локальной версии ее программной реализации. Анализируется опыт эксплуатации данной версии, который показал потребность в некоторой интеллектуализации системы моделирования и, прежде всего, создания информационного ресурса, функциональные и структурные свойства которого позволяют квалифицировать его как базу знаний. Показа- на необходимость перехода от локального продукта и индивидуального использования к клиент-серверной технологии и коллективному развитию ресурса. Представлена структу- ра информационной базы и сетевого программного обеспечения. Намечены дальнейшие пути развития системы в направлении динамического моделирования с использованием данных мониторинга.

С быстрым развитием технологии сотовых сетей и распространением мобильных устройств эффективная политика распределения сетевых ресурсов становится все более важной для улучшения пользовательских услуг и производительности сети. Наша цель – максимизировать суммарную мощность всех пользователей сети путем нахождения оптимальной схемы распределения мощности. В последние годы методы глубокого обучения на основе графов продемонстрировали большой потенциал для решения проблемы распределения сетевых ресурсов. Из-за топологической природы мобильных сетей графовые нейронные сети (GNN) могут лучше работать с данными, структурированными в виде графов. Однако большинство из этих методов фокусируются только на узловых функциях в процессе обучения и часто игнорируют или упрощают граничные функции, которые играют не менее важную роль, чем узлы. Чтобы решить эту проблему, мы предлагаем дизайн сети с расширенным графическим вниманием (HEGAT), который напрямую связывает изменяющуюся топологию сети и наилучший способ распределения мощности во время обучения. Обширные результаты моделирования подтверждают превосходную производительность и надежные возможности обобщения, демонстрируемые предлагаемой методологией HEGAT.

Проведены исследования возможностей аугментации (искусственного размножения) обучающих данных в задаче классификации с использованием деформирующих преобразований обрабатываемых изображений. Представлены математическая модель и быстродействующий алгоритм выполнения деформирующего преобразования изображения, при использовании которых исходное изображение преобразуется с сохранением своей структурной основы и отсутствием краевых эффектов. Предложенный алгоритм используется для аугментации наборов изображений в задаче классификации, содержащих относительно небольшое количество обучающих примеров. Аугментация исходной выборки осуществляется в два этапа, включающих зеркальное отображение и деформирующее преобразование каждого исходного изображения. Для проверки эффективности подобной техники аугментации в статье проводится обучение нейронных сетей – классификаторов различного вида: сверточных сетей стандартной архитектуры (convolutional neural network, CNN) и сетей с остаточными связями (deep residual network, DRN). Особенностью реализуемого подхода при решении рассматриваемой задачи является также отказ от использования предобученных нейронных сетей с большим количеством слоев и дальнейшим переносом обучения, поскольку их применение несет за собой затраты с точки зрения используемого вычислительного ресурса. Показано, что эффективность классификации изображений при реализации предложенного метода аугментации обучающих данных на выборках малого и среднего объема повышается до статистически значимых значений используемой метрики.

При решении задач управления объектом с запаздыванием часто необходимо аппроксимировать звено чистого запаздывания минимально фазовым звеном, чтобы обеспечить возможность использования аналитических методов для проектирования регулятора. Существует множество методов аппроксимации, основанных на разложении в ряд Тейлора, а также модифицированных методов. Наиболее известен метод аппроксимации Паде. Известные методы аппроксимации имеют существенные недостатки, которые выявляет данная работа. Однако существуют и другие способы формирования других типов фильтров, которые могут служить лучшим приближением при определении соотношения задержек, хотя они и не используются для этих целей. В частности, известны способы формирования искомого дифференциального уравнения замкнутой системы заданного порядка методом численной оптимизации. В этом случае замкнутая система ведет себя как фильтр соответствующего порядка, числитель которого равен единице, а указанный полином стоит в знаменателе. Моделирование показало, что такой фильтр является эффективной альтернативной аппроксимацией звена задержки и может использоваться для тех же целей, для которых предполагалось использовать аппроксимацию Паде. Полиномиальные коэффициенты в литературе рассчитывались только до 12-го порядка. Чем выше порядок полинома, тем точнее аппроксимация.

В этой статье используется всеохватывающая концепция сообществ для выражения социальных контекстов, в которых осуществляется человеческое творчество и происходит обучение. С появлением цифровых технологий эти социальные контексты, сообщества, в которых мы задействованы, радикально меняются. Новый ландшафт, созданный цифровыми технологиями, характеризуется новыми качествами, новыми возможностями для действий сообществ. Термин onlife заимствован из Манифеста Onlife и используется для обозначения сообществ нового типа, созданных современными цифровыми технологиями - сообществ onlife. Представлены принципы проектирования, направленные на развитие таких сообществ и поддержку их членов. Эти принципы составляют основу, которая подчеркивает концепцию перформативности, то есть то, что знания основаны на деятельности человека и действиях, выполняемых в определенных социальных контекстах, а не на развитии концептуальных представлений. Чтобы продемонстрировать использование структуры и соответствующих принципов, в статье представлено, как их можно использовать для анализа, оценки и переформулирования конкретной системы, относя ее к творчеству и обучению в области культурного наследия (преподавание и изучение истории). Одним из наиболее значительных результатов является принятие принципов, которые облегчают вовлечение студентов в учебный процесс, переходя от роли конечного пользователя к роли эксперта-пользователя при поддержке так называемых maieuta-дизайнеров. Результатом этого процесса является использование изученного программного обеспечения не только для потребления готового контента, но и для создания нового, сгенерированного студентами контента, предлагающего студентам новые возможности для обучения. Как показывает оценка, эти новые возможности обучения позволяют студентам развивать более глубокое понимание изучаемых тем.

Описывается метод упорядочения процедур разбиения состояний процедурами с двумя и тремя исходами. При этом использованы терминология и методы теории вопросников, а сама последовательность процедур разбиения определена как неоднородный вопросник с вопросами, имеющими два и три варианта ответа. Этот класс вопросников является особенным и выделен авторами в класс бинарно-тернарных и интересен тем, что это наиболее простой класс неоднородных вопросников. Кроме того, увеличение числа ответов какого-либо вопроса на практике также может дать выигрыш в параметрах вопросников, в том числе в показателе его эффективности – средней цене обхода. Отмечается, что использование бинарно-тернарных вопросников на практике позволяет уменьшить среднее время идентификации событий по вопроснику, что крайне важно в тех приложениях вопросников, в которых имеется ограничение на время идентификации событий, например в системах критического применения. Приводится метод оптимизации бинарно-тернарных вопросников, основанный на поиске наиболее предпочтительных вопросов для каждого подмножества идентифицируемых событий. Выбор предпочтительных вопросов основан на установлении отношений сравнения между ними. Описаны все возможные виды сравнимости двух вопросов с двумя ответами, двух вопросов с тремя ответами, а также вопроса с двумя ответами и вопроса с тремя ответами. Приведен пример получения математического выражения для функции, характеризующей предпочтительность вопросов друг перед другом, а также обобщенная формула выбора наиболее предпочтительного вопроса для любых неоднородных вопросников. Сформирован алгоритм метода упорядочения вопросов, который позволяет за полиномиальное время построить бинарно-тернарный вопросник с наименьшей ценой обхода. Приведен пример оптимизации бинарно-тернарного вопросника по представленному методу.

Предлагается разделенный на несколько модулей алгоритм для создания изображений полнотекстовых документов. Эти изображения можно использовать для обучения, тестирования и оценки моделей оптического распознавания символов (ОПР). Алгоритм является модульным, отдельные части могут быть изменены и настроены для создания желаемых изображений. Описывается метод получения фоновых изображений бумаги из уже оцифрованных документов. Для этого используется новый, основанный на вариационном автоэнкодере подход к обучению генеративной модели. Эти фоны позволяют сразу же сгенерировать такие же фоновые изображения, как те, на которых производилось обучение. Для получения правдоподобного эффекта старения в модуле печати текста используются большие текстовые блоки, типы шрифтов и вариативность изменения яркости символов. Поддерживаются несколько типов макетов страницы. Система генерирует подробную структурированную аннотацию искусственного изображения. Для сравнения реальных изображений с искусственно созданными используется программа Тессеракт ОПР. Точность распознавания приблизительно схожа, что указывает на правильность сгенерированных искусственных изображений. Более того, допущенные системой ОПР ошибки в обоих случаях очень похожи. На основе сгенерированных изображений была обучена архитектура сверточная кодер-декодер нейронная сеть полностью для семантической сегментации отдельных символов. Благодаря этой архитектуре достигнута точность распознавания 99,28% в тестовом наборе синтетических документов.

В результате анализа выявлено, что социальные сети (Вконтакте, Facebook), тематические сообщества в сетях микроблогинга (Twitter), ресурсы для путешественников (TripAdvisor), транспортные порталы (Autostrada) являются источником актуальной и оперативной информации о дорожно-транспортной обстановке, качестве предоставляемых транспортных услуг и степени удовлетворенности пассажиров уровнем транспортного обслуживания. Однако существующие системы транспортного мониторинга не содержат программных инструментов, способных осуществлять сбор и анализ дорожно-транспортной информации в среде Интернет. В настоящей работе рассматривается задача построения системы автоматического извлечения и классификации дорожно-транспортной информации с транспортных интернет-порталов и апробация разработанной системы для анализа транспортных сетей Крыма и города Севастополя. Для решения этой задачи проанализированы библиотеки с открытым исходным кодом для тематического сбора и исследования данных. Разработан алгоритм для извлечения и анализа текстов. Осуществлена разработка краулера с использованием пакета Scrapy на языке Python3 и собраны отзывы пользователей с портала http://autostrada.info/ru о состоянии транспортной системы Крыма и города Севастополя. Для лемматизации текстов и векторного преобразования текстов были рассмотрены методы tf, idf, tf-idf и их реализация в библиотеке Scikit-Learn: CountVectorizer и TF-IDF Vectorizer. Для обработки текстов были рассмотрены методы Bag-of-Words и n-gram. В ходе разработки модели классификатора рассмотрены наивный байесовский алгоритм (MultinomialNB) и модель линейного классификатора с оптимизацией стохастического градиентного спуска (SGDClassifier). В качестве обучающей выборки использовался корпус объемом 225 тысяч размеченных текстов с ресурса Twitter. Проведено обучение классификатора, в ходе которого использовалась стратегия кросс-валидации и метод ShuffleSplit. Проведено тестирование и сравнение результатов тоновой классификации. По результатам валидации лучшей оказалась линейная модель со схемой n-грамм [1, 3] и векторизатором TF-IDF. В ходе апробации разработанной системы был проведен сбор и анализ отзывов, относящихся к качеству транспортных сетей республики Крым и города Севастополя. Сделаны выводы и определены перспективы дальнейшего функционального развития разрабатываемого инструментария.

В настоящее время создаются и постепенно наращиваются орбитальные группировки космических аппаратов с возможностью приема, обработки и ретрансляции сигналов системы ADS-B (от англ. «Automatic Dependent Surveillance — Broadcast» — автоматическое зависимое наблюдение — широковещание), обеспечивающие глобальность и непрерывность наблюдения за воздушным движением. В соответствии с концепцией использования технологии ADS-B каждый участник воздушного движения передает в широковещательном режиме свои идентификационные данные, местоположение, и параметры состояния. Так как при разработке системы не предполагалось принимать сигналы на борту космического аппарата, существуют определенные проблемы, связанные с их энергетической доступностью, наличием коллизий сообщений от разных источников, влиянием эффекта Доплера и другими факторами. Разработана имитационная модель системы наблюдения за воздушным движением на основе приема сигналов, содержащих идентификационную и навигационную информацию и передающихся по радиоканалу в широковещательном режиме. Программно реализованные алгоритмы имитационного моделирования позволяют задавать различные ограничения и допущения (используя различные модели распределения источников излучений, пунктов приема сигналов авиационных систем связи, канала передачи информации, распределения частоты и длительности сигналов) и получать оценки целевых показателей функционирования космических и наземных систем обеспечения безопасности движения воздушных судов с учетом различных пространственных и энергетических факторов и условий распространения радиосигналов, а также реального размещения контролируемых объектов и динамики их движения в мировом воздушном пространстве. Приведены методики и примеры использования имитационной модели для расчета целевых показателей функционирования космических и наземных систем авиационного наблюдения.

В статье исследуется задача управления с ограничениями на величину и скорость управляющего воздействия в применении к системам управления летательными аппаратами (ЛА). Известно, что в системе с ограничениями на скорость и величину отклонения рулевых органов могут возникнуть автоколебания значительной амплитуды, так называемая «потеря устойчивости в большом». Если ЛА аэродинамически устойчив, то в угловом продольном движении могут существовать устойчивый предельный цикл с малой амплитудой и неустойчивый — с большой. Если ЛА аэродинамически неустойчив, то может реализоваться один из двух устойчивых предельных циклов с малой амплитудой. Кроме того, имеется и неустойчивый предельный цикл, наличие которого делает необходимым исследование устойчивости самолета «в большом», то есть при воздействии на самолет больших возмущений, которые выводят его за границу амплитуды неустойчивого предельного цикла. Влияние нелинейностей типа «насыщение» может вызвать и так называемую «раскачку самолета летчиком», нарушающую процесс пилотирования. Для исследования процессов, которые могут возникнуть в нелинейных системах управления ЛА, простое компьютерное моделирование является ненадежным инструментом, который может привести к неправильным выводам. Для получения достоверных результатов моделирования следует аналитически исследовать условие единственности предельного решения либо применить специальные аналитико-численные методы, позволяющие найти скрытые колебания. В статье описан аналитико-численный метод для локализации и определения параметров скрытых колебаний в нелинейных системах и показано его применение для анализа динамики систем управления летательными аппаратами различных типов: управление углом рыскания ракеты-носителя с учетом нежесткости ее конструкции, системы автопилотирования самолета при управлении углом атаки, а также человеко-машинной системы самолет-пилот, снабженной средствами автоматизации управления.

Категоризация сцен при автоматическом аннотировании изображений предполагает обязательный этап извлечения дескрипторов для построения гистограмм визуальных слов. Изучено семейство новых цветовых дескрипторов на основе точечных особенностей, инвариантных не только к геометрическим преобразованиям, но к изменениям освещенности. Особенностью дальнейшего алгоритма является предварительная цветовая и текстурная сегментация на основе алгоритма J-SEG с ранжированием полученных регионов по площади. Для построения визуальных слов и категоризации по методу опорных векторов используются расширенные цветовые дескрипторы, рассчитанные в 5–7 регионах с наибольшей площадью. Представлены сравнительные результаты экспериментальных оценок точности категоризации изображений из тестового набора 2688 изображений с применением расширенных цветовых дескрипторов.

Предлагается облик интеллектуальных систем кибербезопасности со свойством антиципации. Обосновывается необходимость того, что система предотвращения компьютерных атак должна быть представлена в виде самообучающейся интеллектуальной системы самоорганизующихся Гироматов. Ожидается, что применение искомых систем на практике,  должно позволить более успешно решать задачи, связанные с предотвращением рисков реализации киберугроз.

В статье предложен подход к построению непротиворечивой теории синтеза сценариев упреждающего поведения в конфликте. Приведены доказательства непротиворечивости, разрешимости и модельной полноты теории частично упорядоченных гироматов с поуровневой координацией.

DDoS-атаки являются распространённым способом выведения сетевых информационных систем из строя, причём для увеличения эффективности злоумышленники часто используют комбинации из нескольких видов атак. В статье рассматриваются параметры сетевого трафика, позволяющие контролировать состояние системы и отслеживать вторжения. Для этих параметров определены пороговые значения и условия, позволяющие связать поведение параметров с типом атак, которым подвержена система.

В статье рассматриваются оценки чувствительности спектральных характеристик анализируемого входного трафика к компьютерной атаке при использовании альтернативы сингулярного спектрального анализа типа «гусеницы» для различных метрик и видов атак. Выявленное изменение спектра в момент начала атаки и при её продолжении может использоваться при разработке средств обнаружения вторжений.

Экспозиция музея знакомит посетителей со средствами вычислительной техники середины XX - начала XXI вв. Посетители могут увидеть экспонаты, представляющие историю информатики, вычислительной техники и средств связи. Экспозиция отражает происхождение и развитие вычислительной техники в стране, процесс возникновения информатики как фундаментальной науки

Рассматривается метод анализа сингулярного спектра («гусеница») приме- нительно к метрикам, базирующимся на значениях сетевого трафика и загрузки систе- мы, с целью определения влияния DDoS-атак на главные компоненты временных рядов этих метрик. Выявленное поведение главных компонент в момент начала атаки и при её продолжении может использоваться при разработке средств обнаружения вторжений.

Динамический анализ особенно востребован для программного кода боль- шого объема и сложности, когда построение абстрактной модели не представляется возможным. В данной статье предлагается метод применения процедуры динамического анализа к поиску уязвимостей кода. Для каждой обнаруженной уязвимости определяют- ся значения метрик безопасности и принимается решение о целесообразности и срочно- сти устранения проблемы.

Рассмотрен метод анализа сингулярного спектра («гусеница») и его применение в области анализа временных рядов сетевого трафика на Web-сервере с целью выявления DDoS-атак на сервер. Выполнено разложение исходных рядов, выявлены особенности собственных функций и главных компонент рядов в разных режимах работы системы.

В статье рассматриваются методы моделирования поведения информационной системы. Использование моделей динамических систем сопряжено с трудностями определения функциональной зависимости временного распределения от большого числа параметров, а также отсутствием начальных данных. Предложен подход к обнаружению атак, основывающийся на анализе отклонений от автокорреляционной функции.

В статье рассматривается сравнительный анализ методов исследования входных и выходных данных и внутренних трафиков информационной системы. Предложен подход к обнаружению атак отказа в обслуживании, основывающийся на анализе временных рядов. Приводятся результаты обнаружения атак на основе пороговых значений.

Гидроцефалия - это заболевание центральной нервной системы, которое чаще всего поражает младенцев и детей ясельного возраста. Оно начинается с аномального накопления спинномозговой жидкости в желудочковой системе головного мозга. Следовательно, жизненно важной становится ранняя диагностика, которая может быть выполнена с помощью компьютерной томографии (КТ), одного из наиболее эффективных методов диагностики гидроцефалии (КТ), при котором становится очевидным увеличение желудочковой системы. Однако большинство оценок прогрессирования заболевания основаны на оценке рентгенолога и физических показателях, которые являются субъективными, отнимающими много времени и неточными. В этой статье разрабатывается автоматическое прогнозирование с использованием фреймворка H-detect для повышения точности прогнозирования гидроцефалии. В этой статье используется этап предварительной обработки для нормализации входного изображения и удаления нежелательных шумов, что может помочь легко извлечь ценные признаки. Выделение признаков осуществляется путем сегментации изображения на основе определения границ с использованием треугольных нечетких правил. Таким образом, выделяется точная информация о природе ликвора внутри мозга. Эти сегментированные изображения сохраняются и снова передаются алгоритму CatBoost. Обработка категориальных признаков позволяет ускорить обучение. При необходимости детектор переобучения останавливает обучение модели и, таким образом, эффективно прогнозирует гидроцефалию. Результаты демонстрируют, что новая стратегия H-detect превосходит традиционные подходы.

Предлагается новый быстрый метод регистрации движения глаз в режиме реального времени на основе исследования гранично-ступенчатой модели полутонового изображения оператором Лапласиан – Гауссиана и нахождения нового предложенного дескриптора накопленных разностей (идентификатора точек), который отображает меру равноудаленности каждой точки от границ некоторой относительно монотонной области (например, зрачок глаза). Работа данного дескриптора исходит из предположения о том, что зрачок в кадре является наиболее округлой монотонной областью, имеющей высокий перепад яркости на границе, пиксели области должны иметь интенсивность меньше заранее заданного порога (но при этом зрачок может не являться самой темной областью на изображении). Учитывая все вышеперечисленные характеристики зрачка, дескриптор позволяет достичь высокой точности детектирования его центра и размера в отличии от методов, основанных на пороговой сегментации изображения, опирающихся на предположение о зрачке как наиболее темной области, морфологических методов (рекурсивная морфологическая эрозия), корреляционных или методов, исследующих только граничную модель изображения (преобразование Хафа и его вариации с двумерным и трехмерным пространствами параметров, алгоритм Starburst, Swirski, RANSAC, ElSe). Исследована возможность представления задачи трекинга зрачка как задачи многомерной оптимизации и ее решение неградиентным методом Хука –Дживса, где в качестве целевой функции выступает функция, выражающая дескриптор. При этом отпадает необходимость в вычислении дескриптора каждой точки изображения (составления специальной аккумуляторной функции), что значительно ускоряет работу метода. Проведен анализ предложенных дескриптора и метода, а также разработан программный комплекс на языке Python 3 (визуализация) и C++ (ядро трекинга) в лаборатории физико-математического факультета Камчатского государственного университета им. Витуса Беринга, позволяющий иллюстрировать работу метода и осуществлять трекинг зрачка в режиме реального времени.

В последнее время в аэрокосмическом сообществе, включая космические агентства, предприятия и научные центры, резко возрос интерес к небольшим спутникам, таким как CubeSats, из-за их экономичной работы. Также наблюдается проблема обеспечения точности работы спутников с минимальными затратами и энергопотреблением. Для маневренности CubeSat оснащен топливным баком, в котором топливо должно поддерживаться в соответствующем температурном режиме. Одновременно должно быть максимально увеличено производство энергии, чтобы другие компоненты спутника не перегревались. В целях удовлетворения технологическим требованиям предлагается многокритериальная схема оптимального управления с использованием нелинейной динамической тепловой модели системы CubeSat. Схема управления ПИД-регулятора с компенсацией интегрального насыщения используется для оценки минимального теплового потока, необходимого для поддержания заданной эталонной температуры топливного бака, а контроллер на основе линеаризации предназначен для контроля температурного режима. Оптимизация площади солнечного элемента и управления ограничением температуры представляется как проблема управления с прогнозирующими интегрированными нелинейными моделями с использованием формы квазилинейного регулирования параметров уравнений состояния. Для оценки положительных и отрицательных сторон конструкции управления и применимости подхода приведены несколько сценариев моделирования для разных пределов мощности и случаев покрытия солнечных элементов.

Рассматривается задача исследования устойчивости планов применения средств управления активными подвижными объектами (АПО) – материальными объектами, перемещающимися в пространстве и осуществляющими информационное, вещественное и энергетическое взаимодействие с объектами и пунктами управления, другими АПО. Применение АПО по назначению обычно регламентируется жесткими требованиями, поэтому любая временная задержка или неполное достижение целевого эффекта недопустимы. Причиной срыва выполнения целевой задачи может быть разработка некорректного плана применения средств управления, процесс реализации которого оказывается неустойчивым вследствие влияния случайных факторов либо целенаправленных воздействий среды и других систем. В статье рассматриваются проблемные вопросы комплексного исследования устойчивости планов применения средств управления активными подвижными объектами. Авторами предлагаются количественные и качественные методы оценивания устойчивости планов, пути и способы обеспечения требуемых уровней устойчивости. При этом задача планирования рассматривается как динамическая, предусматривающая корректировку плана за счет организационных, структурных и программно-алгоритмических мероприятий по обеспечению устойчивости

Рассматривается задача гарантированного перевода нелинейной динамической системы, подверженной неконтролируемым помехам, за конечное время в положение, где заданная часть фазовых переменных равна нулю. Эта задача относится к задачам частичного (по отношению к части переменных) управления. Помехи не имеют каких-либо статистических описаний. Управления формируются по принципу обратной связи и удовлетворяют заданным «геометрическим» ограничениям. Для решения указанной задачи используется метод линеаризующей обратной связи, позволяющий свести решение рассматриваемой нелинейной задачи управления к решению соответствующих линейных игровых антагонистических задач (с нефиксированным временем окончания). Приводятся конструктивно проверяемые достаточные условия, обеспечивающие гарантированное решение рассматриваемой задачи для заданной области начальных значений фазовых переменных. В отличие от ранее выполненных работ, посредством обратной связи линеаризуется более общий класс нелинейных управляемых систем, для которого допускаются оценки некоторой части переменных, и управление может осуществляться по отношению к бóльшей части переменных. В качестве примера изучается случай, когда рассматриваемая нелинейная управляемая система описывает пространственный разворот асимметричного твердого тела при управлении посредством моментов внутренних сил, создаваемых двигателями-маховиками. В этом случае система включает динамические уравнения Эйлера и кинематические уравнения в переменных Родрига – Гамильтона, описывающие вращательное движение основного тела, а также уравнения вращения маховиков. Рассматриваются две задачи гарантированного пространственного разворота тела при неконтролируемых внешних помехах, где цели управления определяются по части фазовых переменных указанной системы: задача переориентации тела, а также задача «прохождения» (с произвольной скоростью) телом заданного углового положения в пространстве. Показано, что предложенный в статье подход позволяет с единых позиций получить и дополнить как некоторые уже известные решения этих задач, так и предложить новое решение задачи переориентации посредством более простых управляющих моментов, включающее оценку (завышенную) соотношения допустимых уровней управляющих моментов и неконтролируемых помех. Приводятся результаты численных расчетов, показывающие эффективность применяемых управляющих моментов.

Обсуждается проблема взаимной реконструкции изображений лиц в соответствующих друг другу парах. Эта проблема была поставлена в предыдущей статье авторов, а предложенные в ней решения обсуждались с приложением к задачам гетерогенного распознавания изображений лиц (Heterogeneous Face Recognition) и кросс-модального мультимедийного поиска (Cross-Modal Multimedia Retrieval). Эти решения основаны на одномерных и двумерных методах анализа главных компонент для двух исходных наборов изображений лиц и проекции их в независимые собственные подпространства, вычислении матриц взаимной трансформации между этими подпространствами и взаимной реконструкции изображений лиц на основе одномерного и двумерного преобразований Карунена — Лоэва. В настоящей статье предлагаются новые подходы и решения, основанные исключительно на двумерных методах проекции в собственные подпространства и двух вариантах моделей регрессии — множественной линейной регрессии и регрессии частичных наименьших квадратов. Приведены результаты экспериментов по взаимной реконструкции изображений лиц в парах скетч/фотографии, в парах лиц с возрастными изменениями, а также в парах изображений лиц в формах 2D/3D. Для проведения экспериментов выбраны два варианта реализации предложенного подхода. Первый из них основан на двумерном анализе главных компонент и регрессии частичных наименьших квадратов, второй — на двумерном методе частичных наименьших квадратов и множественной линейной регрессии. Оба варианта показали приемлемые для практики результаты при решении задачи взаимной реконструкции изображений лиц. Кроме того, рассмотрен способ повышения качества реконструируемых изображений лиц при работе со смешанными базами. Он заключается в классификации на основе двумерного линейного дискриминантного анализа и построении регрессионной зависимости в рамках каждого класса. Показано также, что в общем случае взаимная реконструкция изображений лиц достижима и в условиях, когда исходные изображения не входили в состав обучающих наборов изображений лиц.

В данной статье предлагается метод автоматического предсказания интонационно выделенных слов, то есть наиболее важной информации в высказывании. Метод опирается на использование лексических, грамматических и синтаксических маркеров интонационного выделения, что делает возможным его применение в системах синтеза речи по тексту, где реализация интонационного выделения может повысить естественность звучания синтезированной речи. В качестве методов классификации независимо друг от друга использовалось несколько различных моделей: наивная байесовская модель, модель максимальной энтропии и условные случайные поля. Сопоставление результатов, полученных в ходе нескольких экспериментов, показало, что использовавшиеся дискриминативные модели демонстрируют сбалансированные и примерно равные значения метрик качества, в то время как генеративная модель потенциально более пригодна для поиска интонационно выделенных слов в речевом сигнале. Результаты, представленные в статье, сравнимы и в некоторых случаях превосходят аналогичные системы, разработанные для других языков.

Рассматривается задача управления расходом ресурсов в процессе развертывания систем информационного обеспечения сложных технических комплексов (СТК). Применение СТК по целевому назначению, как и процесс соответствующего информационного обеспечения, обычно ограничено жесткими директивными сроками, поэтому любая задержка недопустима. Ее устранение может быть реализовано часто только за счет привлечения дополнительных информационных ресурсов на последующих этапах. Разработанный алгоритм базируется на принципе оптимальности Р. Беллмана, позволяющем определять не окончательный план корректировки, а разрабатывать гибкую программу управляющих воздействий, зависящих от конкретного исхода каждого этапа, длительность которого превысила заданный норматив. Данная программа может быть реализована в соответствующих системах поддержки принятия решений, а также включена в имитационные модели процессов развертывания и применения СТК. В статье описывается детальный алгоритм оптимальной корректировки, соответствующий нормальному распределению продолжительности каждого из этапов.

В статье предлагается решение задачи изменения частоты основного тона речевого сигнала. Необходимость решения данной задачи возникает во многих речевых приложениях таких как конверсия голоса, коррекция акцента, обеспечение конфиденциальности диктора и др. Разработанная схема обработки вокализованной части речевого сигнала основывается на гармонической модели с нестационарными (изменяющимися в каждый момент времени) параметрами. Для повышения частотного разрешения модели оценка параметров выполнятся при помощи узкополосной фильтрации в искривленном масштабе времени, согласованном с контуром мгновенной частоты основного тона. На основании субъективной оценки результатов показано, что разработанный способ обес-печивает высокую натуральность и разборчивость синтезированной речи и может применяться как в широкополосных так и в узкополосных каналах связи с различными стандартами кодирования (в том числе с кодеками G.711 и GSM).

Оптимизация работы с мультимедийными ресурсами с целью сокращения передаваемого объема данных между пользователями является одной из проблем приложений видеоконференцсвязи. В статье описаны алгоритмы и программные средства, позволившие провести оптимизацию разработанного кроссплатформенного приложения видеоконференцсвязи. Основными этапами работы средств видеоконференцсвязи являются: создание и удаление аудио- и видеопотоков данных, их передача от сервера к клиенту и обратно, создание цепочек потоков и их поиск на сервере. Вышеперечисленные этапы присутствуют в любом приложении видеоконференцсвязи и требуют оптимизации в связи с присутствием в них главных процессов и сложностью архитектуры самого приложения. Поэтому в ходе работы было выполнено упрощение клиентской части приложения и реорганизация структуры серверной части приложения. В режиме приема-передачи данных разработанное приложение после проведенной оптимизации по сравнению с программой «Skype» стало потреблять почти в 10 раз меньше оперативной памяти и в 2 раза меньше процессорного времени.