Программные продукты и системы

Статьи из выпуска № 3 за 2022 год.

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

1. Автоматизированная система анализа ключевых терминов [№3 за 2022 год]
Авторы: Власова С.А., Калёнов Н.Е.
Просмотров: 2018
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.

2. Автоматическое детектирование аудиодефектов с применением параллельных вычислений [№3 за 2022 год]
Авторы: Рыбаков А.А., Фрейлехман С.А.
Просмотров: 1546
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.

3. Использование частичной параллелизации для триангуляции двумерных областей [№3 за 2022 год]
Авторы: Бикбулатов Т.Х., Тумаков Д.Н.
Просмотров: 2179
Триангуляция произвольной области является одной из фундаментальных задач вычислитель-ной геометрии. Классические подходы к триангуляции, например, триангуляции Делоне, дают треугольники, которые имеют достаточно широкий диапазон изменения значений их углов. Одна-ко для ряда задач необходимо, чтобы полученные треугольники обладали более конкретными свойствами. В работе предложен алгоритм триангуляции областей сложной геометрии с учетом заранее заданных ограничений на минимальные значения углов и максимальные длины сторон полученных треугольников. Алгоритм состоит из трех основных этапов. Первый этап принимает на вход набор точек, задающих границу фигуры, и формирует из них начальное разбиение на подобласти, генерируя точки для дальнейшей триангуляции. Такая генерация для каждой подобласти проводится совершенно независимо, что позволяет достичь максимального ускорения при распараллеливании (нагружая все логические ядра процессора с технологией hyper-threading). Затем фигура триангулируется алгоритмом «разделяй и властвуй». Здесь наибольшая производительность достигается при числе потоков, равных числу физических ядер процессора. На последнем этапе произведено уточнение параметров треугольников на основе алгоритма Рупперта. В силу специфики алгоритма последовательный код является оптимальным на этом этапе. Все этапы параллелизации реализованы с использованием технологии OpenMP на языке C++. Показаны численные результаты, характеризующие прирост производительности вычислений для различного числа потоков в зависимости от размерности задачи.

4. Истинные и фиктивные собственные значения системы граничных интегральных уравнений Мюллера [№3 за 2022 год]
Авторы: Кетов И.В., Октябрьская А.О., Спиридонов А.О., Карчевский Е.М.
Просмотров: 1721
Теоретически и численно исследован спектр нелинейной задачи на собственные значения системы граничных интегральных уравнений Мюллера. В общем случае собственные значения этой задачи распадаются на два множества – множество истинных собственных значений, соответствующих исходной задаче на собственные значения оператора Гельмгольца, и множество фиктивных собственных значений, которые соответствуют так называемой вывернутой наизнанку задаче. Поэтому важно определить условия, при которых исходная задача на собственные значения оператора Гельмгольца на плоскости и соответствующая задача для интегрального оператора будут спектрально эквивалентны. Исходная задача на собственные значения оператора Гельмгольца сведена к нелинейной задаче на собственные значения системы граничных интегральных уравнений Мюллера. Решения исходной задачи и задачи, вывернутой наизнанку, найдены методом разделения переменных. Решение системы граничных интегральных уравнений Мюллера построено методом Галеркина. Сформулирована и доказана теорема эквивалентности для исходной задачи на собственные значения оператора Гельмгольца и системы граничных интегральных уравнений Мюллера. Численно проверено, что спектр нелинейной задачи на собственные значения системы граничных интегральных уравнений Мюллера, помимо истинных собственных значений, содержит фиктивные. Определен диапазон, который состоит только из фиктивных собственных значений, и показано, что эти фиктивные собственные значения явно отделены от истинных собственных значений. Доказанная теорема эквивалентности дает теоретическое обоснование применимости метода граничных интегральных уравнений Мюллера. Разработанные компьютерные программы могут быть непосредственно использованы при моделировании микродисковых лазеров.

5. Компьютерная система для разработки цифровых информационных моделей процессов вторичной переработки нефти [№3 за 2022 год]
Авторы: Фураев Д.Н., Чистякова Т.Б.
Просмотров: 1866
В работе выделены основные общие характеристики процессов вторичной переработки нефти. Предложено обобщенное информационное описание этих процессов как объектов проектирования и управления. Рассмотрены предпосылки создания и опыт использования цифровых информационных моделей в области нефтепереработки на примере российских компаний. Предложены функциональная структура компьютерной системы проектирования цифровых информационных моделей объектов вторичной переработки нефти и комплекс средств, включающий математическое, информационное и программное обеспечение, которые позволяют по техническому заданию на проектирование разработать цифровую информационную модель, удовлетворяющую его требованиям по производительности, энергоэффективности, качеству цифровой информационной модели – адекватность, уровень детализации, информационная наполненность, экономичность. Приведена структура информационного, математического и программного обеспечения. Информационное обеспечение – это набор различных БД: характеристик сырья и катализаторов, основного технологического оборудования и деталей трубопроводов, стандартов на проектирование. Математическое обеспечение составляет библиотека математических моделей процессов вторичной переработки нефти, включая модели кинетики происходящих химических реакций, теплообменных процессов и гидродинамики. Программное обеспечение представляет собой набор программных сред – как авторских разработок, так и уже существующего, применяемого на определенных этапах проектирования. Предложенная структура компьютерной системы является гибкой и применимой для всех типов процессов вторичной переработки нефти. Модульный принцип построения архитектуры позволяет строить перенастраиваемое информационное и математическое обеспечение на различные типы процессов нефтепереработки. Компьютерная система апробирована на примере процессов каталитического крекинга и изомеризации.

6. Компьютерное моделирование для интеллектуальной оценки динамического взаимодействия твердых тел [№3 за 2022 год]
Авторы: Мешков В.В., Филатова Н.Н., Федосов Ю.А.
Просмотров: 2086
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.

7. 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: 1736
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.

8. Метод испытания радиолокационных станций с использованием беспилотного летательного аппарата и бортового оборудования [№3 за 2022 год]
Авторы: Калабин А.Л., Морозов А.К.
Просмотров: 1866
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.

9. Метод межсегментной оценки выделения паттернов движения из кинематических траекторий, регистрируемых средствами экзоскелетной системы [№3 за 2022 год]
Авторы: Провоторов Н.В., Таратонов И.Н., Филиппович Ю.Н.
Просмотров: 1144
Предложен метод выделения паттернов движения оператора из кинематических траекторий, регистрируемых экзоскелетной системой. Цель построения метода обусловлена задачей обнаружения и классификации движений оператора экзоскелетной системы поддержки физической работоспособности в режиме реального времени для предиктивного управления исполнительными элементами конструкции, а также прогнозирования дальнейшего состояния человеко-машинной системы. В контексте работы кинематические траектории определяются как проекции движения сегмента конечности на плоскости декартовой системы координат. Такие проекции группируются по признаку принадлежности к описываемой плоскости и сегменту конечности и представляют собой информационную модель исследуемого движения. Утверждение справедливо и для модели ожидаемого движения, описанного траекторными паттернами. В рамках задачи выделения паттернов движения предложен метод межсегментной оценки кинематических траекторий, базирующийся на достижениях в области биомеханики движения человека, в частности, на исследованиях кинематики циклического движения. Основная идея заключается в поиске признаков совершаемого движения, представленных в виде одного паттерна или упорядоченной последовательности в траекториях, описываемых сегментами конечности во фронтальной и сагиттальной плоскостях. В качестве базовых алгоритмов для выделения паттерна используется область цифровой обработки сигналов. Разработанный метод представлен в виде модели, на основе которой построен программный прототип. В работе также освещены результаты апробации прототипа на эмпирических данных, полученных при помощи исследовательской платформы экзоскелетной системы.

10. Методика упрощения таск-трекинга в проектах игровой индустрии [№3 за 2022 год]
Авторы: Шараева Р.А., Кугуракова В.В., Селезнева Н.Э.
Просмотров: 2653
Разработка компьютерных игр отличается от ‎традиционной‎ разработки проектов в сфере информационных технологий, главным образом, высокой степенью креативности процессов, что необходимо учитывать при применении методов программной инженерии. Темой настоящего исследования стали изучение особенностей автоматизации процессов управления проектами, а также разработка инструмента для управления задачами (таск-трекинг), воплощающего методики и рекомендации, сформированные для игровой индустрии. Для качественных формулировки цели и постановки задач проанализированы актуальные научные источники, в результате выделен ряд функций, необходимых для командных таск-трекеров: присвоение сотруднику роли или задачи, создание зависимых задач, диаграмма Ганта, доступ сотрудника к информации о связанных задачах, распространение ссылок и документов, создание повторно используемых шаблонов. По результатам проведенного исследования представлена методика, которая упрощает работу менеджера проекта с точки зрения ведения задач. Разработанный подход предполагает создание следующих возможностей: автоматическое распределение задач исполнителям (в соответствии с направлением их деятельности), автоматическое создание дубликатов и настройка зависимости задач, автоматическая передача артефактов зависимым задачам, генерация шаблона проекта по брифу – опросному листу с ключевыми аспектами проекта. На примере управления процессом разработки приложениями с дополненной реальностью было показано, что полученные результаты актуальны для разработки интерактивных, геймифицированных проектов. Для проверки эффективности этих результатов сформированные практические приемы были интегрированы в систему с открытым исходным кодом (LeanTime). Предложенный подход показал сокращение времени решения управленческих задач более, чем на 20 %, а в случае потребности в множестве новых шаблонов сокращение может превысить 40 %. Созданный веб-инструмент можно использовать в качестве инструмента автоматизации процессов разработки в любых узкоспециализированных ИТ-направлениях.

| 1 | 2 | 3 | Следующая → ►