Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 3 за 2022 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

11. Прогнозирование технологических тенденций на основе анализа разнородных данных [№3 за 2022 год]
Авторы: Нгуен Тхань Вьет, Кравец А.Г.
Просмотров: 1993
Для достижения конкурентоспособности предприятиям необходимо разработать стратегию развития путем прогноза новых и перспективных технологий при использовании ограниченных ресурсов. Многочисленные предыдущие исследования показали, что неожиданные изменения в направлениях НИОКР и патентования результатов интеллектуальной деятельности связаны с большими изменениями рыночной стоимости фирмы. Существует сильная корреляция между изменчивостью рыночных долей, цен на акции на ранних стадиях развития высокотехнологичного предприятия и тем периодом, когда инновационная технология еще не определена. По этой причине можно предположить: если цены акций предприятия сохранят восходящий тренд, то разработанные технологии, скорее всего, станут многообещающими инновациями в будущем. В статье предложен метод прогнозирования технологических трендов путем анализа веб-новостей для выявления высокотехнологичных предприятий, прогнозирования тенденций изменения стоимости акций для выбранных предприятий и анализа кластеризации патентных заявок. В отличие от других исследований предлагаемый метод продвигает идею прогнозирования техно-логических трендов путем прогнозирования (восходящей/нисходящей) тенденции стоимости акций с использованием одномерных и многомерных подходов к подготовке данных и с помощью байесовской оптимизации для нахождения лучших гиперпараметров моделей машинного и глубокого обучения. Исследование выполнено с помощью разработанной программной системы для анализа обнаружения взрыва частоты слов и прогнозирования цен акций. В частности, предлагаемый метод рассмотрен для прогнозирования динамики цен акций компаний Tesla и Samsung в качестве примера.

12. Разработка генератора паролей с использованием GUI MATLAB [№3 за 2022 год]
Авторы: Щукарев И.А., Маркова Е.В.
Просмотров: 2152
Пароли, защищающие аккаунты различных сайтов, порталов и облачных хранилищ, в большинстве случаев ненадежны. К тому же пароли, созданные самими пользователями, имеют недостаточную длину. Поэтому для обеспечения безопасности учетных записей прежде всего необходимо создавать достаточно сложные и длинные пароли. Авторами данной статьи разработано графическое приложение для ЭВМ, которое позволяет автоматически генерировать пароли с пользовательскими настройками и выводить результат в со-ответствующее поле. Созданные пароли практически невозможно угадать, поскольку они являются комбинацией случайных букв английского алфавита верхнего и нижнего регистров, цифр и специальных служебных символов. Существует возможность менять длину пароля, выводить результат в окно программы и сохранять в отдельный текстовый файл с названием parol.txt. Данное приложение и весь графический интерфейс пользователя написаны не на специализи-рованном языке программирования, например Python или C++, что характерно для программ такого типа, а в среде технических расчетов MATLAB с помощью GUI MATLAB и MATLAB Compiler SDK. За счет использования только лишь возможностей MATLAB Compiler SDK удалось создать автономное приложение exe, а не m-файл, который является внутренним форматом программы MATLAB и работает только при наличии полностью установленной среды MATLAB. Для удобства конечного пользователя программа оформлена в виде автономного графического приложения, способного работать на любом компьютере с установленным MATLAB Runtime, позволяющим запускать скомпилированные приложения в системах без установленной версии MATLAB. Данное приложение может быть использовано организациями, в которых существует отдел сетевой безопасности, поскольку оно облегчит создание множества новых случайных паролей для большого числа компьютеров и аккаунтов сотрудников.

13. Автоматизированная система анализа ключевых терминов [№3 за 2022 год]
Авторы: Власова С.А., Калёнов Н.Е.
Просмотров: 2035
В статье описан предложенный авторами метод формирования массива ключевых терминов, составляющих основу предметной онтологии Единого цифрового пространства научных знаний и перечня статей (слотов) энциклопедий по определенному научному направлению. Метод основан на частотном анализе встречаемости ключевых терминов в статьях, опубликованных в ведущих научных журналах по данной тематике. Методика предполагает программную обработку метаданных статей, отраженных в различных БД, построение рейтинговых списков частоты встречаемости отдельных ключевых терминов и выделение ядер таких списков, что, в свою очередь, можно рассматривать как основу для наполнения предметной онтологии и формирования энциклопедических слотов. Для реализации методики авторами данной статьи разработаны структура соответствующей БД, программные средства для ее наполнения, обработки и анализа данных. В статье представлены БД и результаты практической реализации методики на основе обработки нескольких тысяч статей из ведущих российских журналов по математике, информатике и физике (выявлены и проанализированы термины на русском и английском языках). Проведенная оценка соответствия частот распределения ключевых терминов и составляющих их отдельных слов закону Брэдфорда показала значительные расхождения с этим законом в случае ключевых терминов, но определенные сближения при рассмотрении отдельных слов и их пермутации внутри ключевых терминов.

14. Автоматическое детектирование аудиодефектов с применением параллельных вычислений [№3 за 2022 год]
Авторы: Рыбаков А.А., Фрейлехман С.А.
Просмотров: 1555
Работа посвящена исследованиям, направленным на автоматическое детектирование дефектов и аномалий, возникающих в цифровом сигнале аудиозаписи. Методы определения дефектов при-меняются, главным образом, при оцифровке аналоговых аудиозаписей и восстановлении поврежденных сигналов. Методы поиска аномалий имеют широкий спектр применения, включая разработку охранных систем и систем мониторинга окружающей обстановки, определение искусственно смонтированных записей, реставрацию и восстановление архивных аудиозаписей, имеющих культурную ценность для определенного временного промежутка развития и становления социального общества, борьбу с так называемыми дипфейками, шифровку и расшифровку закодированной в аудиоданных секретной информации и многое другое. Современные технологии и методики позволяют с высокой эффективностью устранять найденные дефекты путем математических манипуляций аудиоинженера с сигналом или с применением умных и адаптивных инструментов редактирования цифрового сигнала, однако для этого дефект должен быть точно детектирован и локализован, а также должны быть определены его тип и возможная природа возникновения. Для решения задачи автоматического детектирования дефектов в цифровом сигнале аудиозаписи в рамках данной работы разработано специальное ПО, верифицированное на оцифрованных аудиозаписях различного качества. Так как цифровые медиаданные, к которым относятся аудио-записи, характеризуются большим размером, при проведении анализа особую важность приобретает параллельная распределенная обработка. Разработанный программный код определения дефектов был модернизирован с учетом необходимости запуска на массивно-параллельных микро-процессорах Intel Xeon Phi Knights Landing и продемонстрировал высокую эффективность масштабирования.

15. Метод испытания радиолокационных станций с использованием беспилотного летательного аппарата и бортового оборудования [№3 за 2022 год]
Авторы: Калабин А.Л., Морозов А.К.
Просмотров: 1888
Описанный в статье метод испытания радиолокационных станций с использованием беспилотного летательного аппарата и бортового оборудования разработан для управления движением беспилотного летательного аппарата (носителя) и сигналом с выхода бортового генератора таким образом, чтобы излучаемый сигнал соответствовал реальным условиям эксплуатации радиолокатора. Тестирование радиолокатора выполняется так же, как при облетном методе, но без использования реальных целей. Цифровое представление тестового сигнала рассчитывается бортовым вычислителем, и с помощью генератора и антенны излучается радиосигнал, соответствующий текущему режиму работы станции. Изменяя координаты и структуру излучаемого сигнала, можно контролировать угловые координаты, дальность и количество целей для испытываемого радиолокатора. Предложенным методом можно проводить тестирование для определения различных характеристик локаторов. В работе приводятся результаты моделирования по определению характеристик программной модели локатора. Для моделирования также используется программная модель носителя. Моделирование заключается в том, что при изменении модельного времени изменяются координаты носителя и моделируемых целей, а программная модель локатора выполняет процедуру обнаружения в соответствии с заданными характеристиками. По окончании моделирования координаты носителя и моделируемых целей сопоставляются с координатами обнаруженных целей. По результатам сопоставления можно определить функциональные характеристики локатора. Предлагаемый метод может быть полезен при проведении работ по подготовке к натурным испытаниям, а также для оценки характеристик, которые оценить традиционными методами затруднительно, например, при оценке разрешающей способности по дальности, предполагающей использование двух воздушных средств, расстояние между которыми должно уменьшаться, что потенциально увеличивает риск столкновения.

16. Компьютерное моделирование для интеллектуальной оценки динамического взаимодействия твердых тел [№3 за 2022 год]
Авторы: Мешков В.В., Филатова Н.Н., Федосов Ю.А.
Просмотров: 2101
В статье рассмотрена задача интегрирования результатов компьютерного моделирования с экспериментальными результатами динамического взаимодействия твердых тел с использованием цифровой обработки оптических и рентгеновских изображений для последующего анализа в информационной интеллектуальной системе. Новизна заключается в способе оценки различий между результатами натурного и вычисли-тельного экспериментов, основанного на использовании аппарата нечеткой логики и нечетких множеств, а также в процедуре перехода к индексной шкале при формировании общей оценки различий для множества точек соответствующих изображений. Предложена концепция и разработан алгоритм совместного кластерного анализа результатов рентгеновских и оптических исследований и результатов моделирования динамического взаимодействия тел. Предложена верифицированная компьютерная модель оценки зоны динамического взаимодействия твердых тел. Обсуждены результаты моделирования гиперзвукового удара антропогенных частиц по модельным образцам и натурным элементам гибридной оболочки космического аппарата. Компьютерная модель взаимодействия твердых тел позволяет изучать особенности сложных физических процессов, протекающих при ударе гиперзвуковой частицы в элемент космического аппарата, обосновывать состав и конструкцию реальных элементов космического аппарата и в определенных пределах прогнозировать его повреждение в зависимости от параметров элементов и антропогенных частиц. На основе результатов моделирования может быть сформирован банк данных, который расширит ограниченный набор результатов расчетно-экспериментального моделирования и натурных экспериментов. В целом результаты компьютерного моделирования позволяют подготовить научно-обоснованные исходные данные и рекомендации для разработки конструкции защиты и системы управления защитой перспективных космических аппаратов.

17. Применение искусственных нейронных сетей в системах автоматического управления магнитной левитацией [№3 за 2022 год]
Автор: Коробейников А.Г.
Просмотров: 2187
В данной работе рассмотрена задача нейросетевой идентификации в системе автоматического управления магнитной левитацией (нейросетевой регулятор). При проектировании систем автоматического управления сложными техническими динамическими объектами достаточно часто используют математический аппарат на базе искусственных нейронных сетей. Такие сети обладают уникальными преимуществами: возможностями проведения параллельных вычислений, нахождения ранее неизвестных взаимосвязей между входными и выходными последовательностями цифровых сигналов, обеспечения более эффективного управления нелинейными системами за счет применения нелинейных функций активации. Кроме того, применение искусственных нейронных сетей иногда снимает сложности, возникающие при описании некоторых задач в виде аналитических математических моделей. Решение поставленной задачи осуществлялось на базе методов искусственного интеллекта – хорошо известных рекуррентных искусственных нейронных сетей NARX и LSTM. Обучение этих сетей производилось при помощи алгоритма обратного распространения и метода Левенберга–Марквардта, имеющих хорошую сходимость. Для данной задачи применение обученных искусственных нейронных сетей к тестовым данным показало некоторое преимущество сети NARX по сравнению с LSTM. Причем среднеквадратичная ошибка RSME для сети NARX с 50 скрытыми слоями для данной задачи меньше, чем для сети, имеющей 100 скрытых слоев. Инструментальным средством для задания архитектуры нейронных сетей, их построения, обучения и тестирования являлась система MATLAB R2021b. Полученные результаты были применены при проектировании автоматических систем управления левитирующими объектами. В настоящее время большинство таких систем разрабатывают и применяют для осуществления перевозок товаров различного назначения, используя эффект магнитной левитации.

18. Контрольно-пиксельно-кластерный алгоритм оценки воздействия химических загрязнений на лесные массивы по спутниковым фотоизображениям [№3 за 2022 год]
Авторы: Мешалкин В.П., Бутусов О.Б., Кантюков Р.Р., Чистякова Т.Б.
Просмотров: 1747
В статье предложен оригинальный контрольно-пиксельно-кластерный алгоритм оценки воз-действия химических загрязнений на лесные массивы по спутниковым фотоизображениям. В нем использована адаптивная процедура модифицированного классического алгоритма К-средних для уточнения информации о расположении контрольных пикселей на фотоизображениях раз-личных зон химических загрязнений. Информация представлена в виде адаптивно изменяющихся наборов расположения контрольных пикселей, что позволяет получать более точное расположение зон химических загрязнений лесных массивов. Разработка контрольно-пиксельно-кластерного алгоритма основана на предпосылке о возможности использования дополнительной априорной информации о контрольных пикселях на спутниковых фотоизображениях, расположенных в различных экологических зонах, что позволяет корректировать мозаичные структуры и площади экологических зон с учетом дополнительной информации. Алгоритм основан на модифицированном классическом алгоритме К-средних, в который в качестве параметров дополнительно введены весовые коэффициенты и контрольные пиксели, что обеспечивает более точную привязку результатов кластеризации к экологическим зонам. Объектом практического применения предложенного алгоритма являются многоканальные спутниковые изображения земных ландшафтов, каждый пиксель которых представляет собой век-тор яркостей элементов ландшафта в различных спектральных каналах. Комбинируя эти каналы, можно получать специализированные изображения земной поверхности, характеризующие конкретные эколого-биологические свойства растительного покрова. Например, комбинируя красный и ближний инфракрасный спектральные каналы, можно преобразовать многоканальное изображение в одноканальное, известное как NDVI (нормализованный разностный индекс растительности). Большинство аналогичных комбинаций, предназначенных для выделения специализированных эколого-биологических характеристик растительного покрова, называются вегетационными индексами. Преобразование исходных спектральных каналов в вегетационные индексы приводит к изображениям, в которых каждый пиксель является вектором вегетационных индексов. При этом в алгоритмах кластеризации используются различные метрики для вычисления расстояний между пикселями. Предложенный алгоритм позволяет более точно вычислять суммарные площади экологических зон лесных массивов, что может быть предложено в качестве основы для оценки степени экологической деградации лесов и величины экологических ущербов, нанесенных лесным массивам химическими загрязнениями промышленных предприятий.

19. Разработка информационной системы в области композитных материалов с применением современных средств [№3 за 2022 год]
Авторы: Кириллов Н.Д., Кольцова Э.М.
Просмотров: 1545
В статье рассмотрен подход к созданию информационной системы в области композитных материалов с применением современного фреймворка разработки Laravel на языке программирования PHP. Данное исследование включает в себя анализ предметной области и разработку модели хранения данных на его основе, а также разработку основных программных модулей системы и реализацию логики взаимодействия между ними. Оригинальность исследования заключается в реализации информационной системы в виде веб-ориентированного сервиса для быстрого и простого доступа к информации на основе фреймворка Laravel. Авторы выделяют основные сущности, которые описывают область композитных материалов, и составляют их список. Затем описывают, каким образом по этим сущностям составлена и разработана реляционная модель хранения данных. При создании модели использовались, помимо прочего, методы для наиболее оптимального хранения иерархических структур данных. На основе этой модели хранения данных авторы разработали модули и блоки модулей информационной системы и соединили их в единый конечный сервис. Сервис является веб-ориентированным и очень удобен для предоставления доступа пользователям и исследователям в области композитных материалов ко всей нужной информации. В работе отмечены и описаны инструменты и моду-ли фреймворка Laravel, использованные при разработке всей системы. Результаты исследования демонстрируют примеры работы информационной системы – приведены страницы авторизации веб-ориентированного сервиса и некоторые страницы основных сущностей системы как представление визуализации сервиса.

20. Программный комплекс моделирования реактора гидрохлорирования кремния [№3 за 2022 год]
Авторы: Глушков И.В., Чистякова Т.Б., Аверина Ю.М.
Просмотров: 2006
Современное развитие промышленных предприятий невозможно без внедрения в процесс их функционирования информационных технологий, позволяющих повысить конкурентоспособность. В условиях рыночной экономики управление технологическими процессами сопряжено с целым спектром различных рисков. Риски могут быть смоделированы с помощью программных комплексов. Предметом данного исследования является технология разработки программного комплекса реактора гидрохлорирования молотого кремния, работающего в динамическом режиме. Впервые на программном уровне предложены и показаны основные особенности работы реактора синтеза трихлорсилана. Описаны материальный и тепловой балансы реактора, показана и визуализирована гидродинамика взвешенного слоя. Проведены гидродинамические и тепловые расчеты реактора синтеза, интерпретированные в математический граф. Показан математический аппарат для описания режимных параметров реактора, и впервые разработана компьютерная математическая модель процесса синтеза трихлорсилана действующего производства. Визуализированы технологические процессы объекта исследования. Предложена система контроля, регулирования и управления режимными параметрами реактора для обеспечения безопасности производства. Приборы контроля и управления подключены к математической модели. С помощью полученной программной модели можно проводить различные эксперименты в режиме реального времени, запускать, останавливать и работать на реакторе синтеза, учитывая при этом кинетические особенности, которые возникают при розжиге аппарата. Авторами исследования установлена важность поддержания режимных параметров работы таких реакторов во избежание появления локальных зон перегрева, которые могут повлиять на возникновение аварийных ситуаций. Работа представляет интерес для специалистов, обслуживающих производства получения трилорсилана, и направлена на снижение технологических рисков, возникающих в процессе эксплуатации реактора.

◄ ← Предыдущая | 1 | 2 | 3 | Следующая → ►