Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 4 за 2014 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

1. OLAP-система для моделирования риска здоровью населения от загрязнения воздуха [№4 за 2014 год]
Авторы: Фаминская М.В., Балтер Б.М., Балтер Д.Б., Стальная М.В.
Просмотров: 9035
В статье описан программный комплекс EHIPS (Environmental Health Information Processing System), предназначенный для расчетной оценки риска здоровью населения от загрязнения атмосферы выбросами предприятий и транспорта. Комплекс разработан в основном силами сотрудников Института космических исследований РАН. Он применялся для расчета риска от более чем 100 предприятий. Систему отличает ряд архитектурных особенностей, главной из которых является OLAP-подобное ядро работы с многомерными кубами данных, с помощью которых производятся все манипуляции с данными в системе. Другой особенностью является нестандартная схема работы с выходными результатами программы AERMOD, использующейся в системе для моделирования рассеяния и расчета концентраций загрязнителей, а именно – работа с временными рядами концентраций средствами системы, а не самой модели AERMOD. В системе применен ряд специальных методов работы с данными, например, агрегация многомерного куба концентраций или рисков с использованием стохастического представления выбросов с помощью метода Монте-Карло для учета импульсности источников выбросов. Просмотр многомерных кубов данных осуществляется в виде двумерных сечений-таблиц в специальном модуле системы, там же выполняются манипуляции над кубами, такие как бинарные операции над выбранными сечениями куба. В системе есть свой ГИС-подобный картографический модуль для работы с расположением источников выбросов и датчиков, для которых рассчитываются концентрации и риск, а также для пространственной визуализации результатов расчета. Представляется, что опыт создания и практического применения такой специализированной OLAP-системы может быть полезен не только в сфере оценки риска, но и в других областях, логика которых отличается от бизнес-логики, для которой в основном разрабатывается OLAP, но где естественным все-таки является представление данных в виде многомерных гиперкубов.

2. Web-сервис для автоматизированного формирования продукционных баз знаний на основе концептуальных моделей [№4 за 2014 год]
Авторы: Юрин А.Ю., Дородных Н.О.
Просмотров: 13604
В данной статье описан web-сервис для автоматизированного формирования баз знаний продукционного типа на основе результатов концептуального моделирования. Сервис обеспечивает автоматизированный анализ XML-структуры файлов CASE-средства Rational Rose (содержащих описание моделей классов) и системы когнитивного моделирования FreeMind, выделение понятий и отношений, их представление в виде понятий онтологии. На основе сформированной онтологической модели могут быть осуществлены автоматизированное создание продукций и их визуальное моделирование с использованием нотации RVML – Rule Visual Modeling Language. Полученные модели продукций используются для генерации программного кода в формате CLIPS (C Language Production System). В статье описываются функции сервиса, его архитектура и алгоритмы формирования моделей онтологии и продукций, приводятся примеры соответствия элементов концептуальной, продукционной моделей и конструкций CLIPS. Web-сервис может быть рассмотрен как один из модулей системы управления базами знаний, областью применения которого является решение задач извлечения, структурирования и формализации знаний в различных предметных областях. Апробация и тестирование сервиса осуществлены при создании баз знаний продукционных экспертных систем для исследования и обеспечения техногенной безопасности труднодоступных водных объектов.

3. «Кафедра онлайн»: облачные технологии в высшем образовании [№4 за 2014 год]
Авторы: Тельнов В.П., Мышев А.В.
Просмотров: 13058
Обеспечение масштабируемости компьютерных сетей и программного обеспечения – одна из насущных проблем отечественных университетов. В условиях быстрого роста сетевого трафика ИТ-специалисты университетов вынуждены тратить все больше времени и средств на обеспечение пропускной способности каналов связи. В то же время ИТ-бюджеты университетов зачастую отстают от необходимых темпов роста. Учебным заведениям требуются экономичные, надежные и технологичные способы удовлетворения растущих информационных потребностей при одновременном контроле расходов. Созданный программный продукт «Кафедра онлайн» базируется на концепции облачных вычислений, в максимальной степени использует общедоступные технологические решения и ресурсы, при этом по мере возможности не зависит от конкретных провайдеров услуг и лицензионного программного обеспечения. Продукт ориентирован на высшие учебные заведения, имеющие бюджетные ограничения в части приобретения и поддержки собственной компьютерной инфраструктуры, сетевого оборудования и программного обеспечения. Для бюджетных образовательных учреждений РФ программное обеспечение «Кафедра онлайн» доступно на безвозмездной основе. В данной статье рассмотрены важнейшие характеристики облачных вычислений, дан краткий аналитический обзор существующих готовых решений для высшей школы. Сформулированы требования к программному обеспечению «Кафедра онлайн», представлены основные компоненты программного продукта, даны ключевые архитектурные, технологические и проектные решения в нотации UML-диаграмм, показаны результаты тестирования программного обеспечения и образцы пользовательского интерфейса.

4. Адаптивные нечеткие системы по таксономии класса FOREL [№4 за 2014 год]
Authors: V.P. Shchokin, Chernyi, S.G., A.S. Bordug
Просмотров: 10987
Представлены результаты разработки метода нейронечетких структур самоорганизации для интеллектуальных систем управления технологическими процессами. Предлагаемая модификация основного алгоритма может улучшить индекс производительности контроля за интеллектуальными автоматизированными системами управления за счет снижения минимизации расчетов и соответственно увеличение производительности системы. Согласно классическому правилу обучения, нечеткие нейронные сети анализируют правила развития сети, тип функций принадлежности, нечеткого вывода типа алгоритма и т.д., в случае неправильного выбора этих параметров нечетких нейронных сетей процесс может быть неэффективным. Эксплуатация разработанного алгоритма основана на теории частотой дискретизации и распределения обучения квантования. В теории систем управления с дискретным временем определен такт выборки Т, что обусловлено правилом: величина должна превышать максимальную частоту системы. В традиционных адаптивных системах управления параметры регулируются тактом дискретизации, а частота дискретизации и скорость обновления не разделены. Для уменьшения времени работы алгоритма при выполнении параметрического синтеза асимптотически устойчивых интеллектуальных систем управления применены идентифицирующий метод коэффициента концентрации функций принадлежности и границы корректирующих выборок в базе адаптивных правил. Согласно разработанной методике, можно сравнить параметры функции принадлежности, которые были получены в результате работы модифицированного адаптивного алгоритма нечеткой сети Ван–Менделя, и параметры, полученные на основе статистической обработки информационных систем решений идентификации динамического состояния объекта. Использован алгоритм с учетом разработанного метода самоорганизации нейронечетких структур на основе алгоритма FOREL, элемент класса таксономии.

5. Алгоритмическое и программное обеспечение расчетов биотехнологических процессов с рециркуляцией субстрата и биомассы [№4 за 2014 год]
Авторы: Гордеева Ю.Л., Щербинин  М.Ю., Гордеев Л.С., Макаров В.В.
Просмотров: 6763
В статье рассматривается способ повышения эффективности для широкой области анаэробных микробиологических процессов путем введения в схему непрерывного культивирования микроорганизмов циркуляции. Совершенствование биотехнологических процессов непрерывного способа функционирования возможно с использованием рециркуляции субстрата и биомассы. Рециркуляция дает возможность увеличить величину протока и продуктивность процесса по целевому компоненту. В то же время рециркуляция вводит дополнительные ограничения на задание исходных данных процесса – начальной концентрации субстрата, величины протока и объемной скорости рециркуляции, которая в алгоритме и программе должна выполняться в соответствии с кинетическими характеристиками. На основании кинетических соотношений разработаны алгоритм и программная реализация для расчета показателей анаэробного биотехнологического процесса с рециркуляцией субстрата и биомассы при условии полного от-деления продукта из потока рециркуляции. Получены соотношения, обеспечивающие возможность практической реализации процесса. Показатель циркуляционного потока DR оценивался по величине продуктивности по целевому продукту QP. Алгоритм расчета включает 21 вариант практической реализации процесса, каждый из которых можно оценить в приведенной блок-схеме. Кроме вычисления показателей процесса, программа содержит справку для пользователя, включающую описание переменных и краткое руководство по работе с программой. Приведены численные результаты расчетов для различных вариантов начальных заданий технологических показателей, на основании которых можно сделать вывод, что введение циркуляции обеспечивает повышение продуктивности по целевому продукту QP (по сравнению с аналогичной схемой и входными параметрами без рециркуляции потока). Отличительной особенностью представленного подхода является многогранность прогнозируемого процесса, позволяющая без проведения эксперимента, с помощью готового программного продукта оценить положительный эффект включения в схему рециркуляции. Полученные соотношения и программная реализация расчетов могут служить как рабочим инструментом для проектирования процесса, так и основанием для дальнейших разработок в этой области, в частности, для оценки нестационарных режимов и устойчивости стационарных состояний.

6. Алгоритмы планирования усталостных испытаний авиационных материалов [№4 за 2014 год]
Авторы: Агамиров Л.В., Агамиров В.Л., Вестяк В.А.
Просмотров: 8944
Рассеяние характеристик усталостных свойств конструкционных материалов вызвано объективными факторами, но резерв для решения данной проблемы состоит в разработке и применении в инженерной практике эффективных математических методов анализа экспериментальной информации. В работе рассматривается проблема оптимального планирования усталостных испытаний. Оптимизация такого рода испытаний прежде всего актуальна в связи с их дороговизной в авиационной промышленности, и при определении минимального количества испытаний следует исходить из их целей. Вместе с тем разработанная методика статистического анализа инвариантна к типу испытываемых объектов. Она позволяет повысить точность определения расчетных характеристик долговечности и предела выносливости, существенно сократить объем потребных для достижения заданной точности усталостных испытаний, а значит, снизить их длительность и стоимость. Использование существующих таблиц точных значений квантилей нецентрального распределения, как и математический расчет точных значений квантилей, связано с большой трудоемкостью вычислительных процедур. В работе предложены новые алгоритмы планирования испытаний при оценке квантиля и точного расчета квантиля нецентрального распределения Стьюдента, что позволяет предложить более простые и совершенные программные продукты по скорости вычислений по сравнению с предлагаемыми ранее.

7. Анализ интервально стохастических температурных полей технических систем [№4 за 2014 год]
Авторы: Мадера А.Г., Кандалов П.И.
Просмотров: 8484
Практика показывает, что реальные температурные поля технических систем носят неопределенный интервальный характер. Это обусловлено интервальным характером факторов, определяющих тепловой режим технической системы, а именно: параметрами конструкции технической системы, обладающими статистическим технологическим разбросом изготовления; факторами, возникающими при функционировании технической системы (потребляемые мощности, тепловые потоки, параметры внутренней среды); факторами окружающей среды (температуры среды, хладоносителей, скорости потоков и пр.). Вместе с тем моделирование температурных полей технических систем в настоящее время проводится в предположении детерминированности, при котором все параметры теплового режима считаются однозначно и абсолютно точно известными. В статье описываются метод и алгоритм математического и компьютерного моделирования интервально стохастических температурных полей технических систем. Метод и алгоритм основаны на авторских разработках по матрично-топологическому методу, программному комплексу моделирования детерминированных трехмерных температурных полей технических систем (STF-ElectronMod), а также на методе статистических испытаний. Применение разработанного метода и алгоритма к моделированию интервально стохастических температурных полей рассмотрено на примере электронной системы.

8. Аппаратно-программный комплекс диагностики состояния ионосферы по характеристикам сигналов радиопередатчиков диапазона очень низких частот [№4 за 2014 год]
Авторы: Скрипачев В.О., Полушковский Ю.А., Назаренко А.С.
Просмотров: 11290
Ионосфера является чувствительной средой распространения радиоволн, где проявляются отклики на геофизические и геологические процессы, диагностика ее состояния важна и актуальна. Один из методов диагностики состояния ионосферы – использование сигналов радиопередатчиков диапазона очень низких частот. По характеристикам радиосигналов очень низких частот можно судить о наличии возмущений в ионосфере. Низкочастотные волны, распространяющиеся в околоземной плазме, в последние десятилетия представляют значительный интерес в связи с разнообразными научными и техническими приложениями. Так, с помощью радиосигналов очень низких частот можно диагностировать отклик D-слоя ионосферы на солнечные вспышки, на процессы подготовки сильных землетрясений. Для обработки этих радиосигналов разработан аппаратно-программный комплекс, включающий в себя антенну, усилитель, приемник, аналого-цифровой преобразователь и ПЭВМ. Программная часть построена с использованием фреймворка Qt и сторонних программных библиотек QwtPlot3D и QCustomPlot. В статье приведены краткое описание и особенности каждой из них, используемые в программной части разработанного комплекса. Программная часть комплекса построена с применением паттерна проектирования MVC. Приведены функции, реализованные в ПО комплекса. Отмечены перспективы развития аппаратно-программного комплекса.

9. Визуальный редактор и модуль расчета функциональных схем для имитационно-тренажерных комплексов [№4 за 2014 год]
Авторы: Михайлюк М.В., Торгашев М.А.
Просмотров: 10763
Важной составляющей имитационно-тренажерных комплексов является система управления, которая используется для управления двигателями, полезной нагрузкой, исполнительными механизмами, бортовым питанием и т.д. Она может быть представлена в виде функциональной схемы, элементы которой называются функциональными звеньями или функциональными блоками. В области моделирования систем управления на основе функциональных схем существует большое количество разработок, однако остается актуальной задача создания более простых и доступных систем моделирования на основе функциональных схем для имитационно-тренажерных комплексов. В статье описывается программный комплекс для создания, тестирования, редактирования и расчета функциональных схем, предназначенный для имитационно-тренажерных комплексов управления роботами и манипуляторами, виртуальных лабораторий и обучающих систем. Подробно рассмотрены функциональные возможности и технология работы визуального редактора функциональных схем, а также алгоритм и схема работы модуля их расчета. Предложенный редактор обладает широкими функциональными возможностями и позволяет моделировать достаточно сложные схемы. Модуль расчета реализован в виде динамической библиотеки, которая может быть подключена к любому программному комплексу. Разработанная технология позволяет расширять функциональные возможности за счет подключения дополнительных программных модулей, которые могут включать реализацию как специальных вычислительных блоков, так и блоков для обмена данными, например с внешними пультами. Возможности применения предложенной системы для имитационно-тренажерных комплексов проиллюстрированы на примере моделирования управления антропоморфным роботом в ручном и копирующем режимах. Преимуществами системы являются простота ее использования, нетребовательность к ресурсам и расширяемость.

10. Двухслойный векторный персептрон для решения задачи распознавания бинарных образов [№4 за 2014 год]
Авторы: Крыжановский В.М., Мальсагов М.Ю., Желавская И.С.
Просмотров: 14042
Для решения задачи поиска ближайшего соседа в конфигурационном пространстве предложена новая модель нейронной сети – двухслойный векторный персептрон (Double-Layer Vector Perceptron, сокращенно DLVP). Она позволила решить проблему однослойного персептрона, заключающуюся в том, что ошибка даже одного выходного нейрона приводит к ошибочному распознаванию сети в целом. Предложенная модель является развитием однослойного векторного персептрона: добавлен дополнительный слой, аккумулирующий информацию. В результате стало возможным корректное распознавание даже в том случае, когда все нейроны внутреннего слоя ошибаются, то есть строить нейронные сети на «слабых» нейронах. Было проведено сравнение данной модели с однослойным персептроном. Разработанная модель значительно превосходит однослойный векторный персептрон в качестве распознавания (понижение ошибки распознавания на четыре порядка и более) ценой незначительного увеличения вычисли-тельной сложности (на 5 %) и требований оперативной памяти. Был проведен анализ свойств и получена теоретическая оценка емкости памяти предложенной модели. В ходе анализа выяснилось, что эта модель обладает еще одним полезным свойством, которого нет у однослойной модели, а именно: с ее помощью можно решать задачу поиска k ближайших соседей.

| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | Следующая → ►