Программные продукты и системы

Статьи из свежего выпуска

Упорядочить результаты по: Дате публикации | Заголовку статьи | Авторам

1. Интернет боевых вещей: разработка архитектуры с использованием интеллектуальных технологий [№1 за год]
Авторы: Виноградов Г.П., Конюхов И.А.
Просмотров: 3037
В статье рассматривается проблема повышения эффективности и скорости принятия решений в вооруженных силах при современных условиях. Показано, что задача может быть решена с помощью Интернета боевых вещей. Предметом исследования является архитектура построения Интернета боевых вещей, его основных компонентов и ряда алгоритмов обработки информации. Проведен анализ предпосылок, обусловливающих актуальность и возникающие проблемы при их разработке и внедрении. Анализ состояния вопроса показал, что в военном применении Интернета вещей необходимо соединить физические процессы при выполнении боевых задач в режиме реального времени с программно-электронными системами и информационными технологиями, что достигается применением киберфизических систем. В качестве основы таких систем предложено использовать реагирующие беспроводные сенсорные сети, обеспечивающие сбор, периферийную обработку исходной информации для военных приложений, а также реализацию решений. Рассмотрен вариант архитектуры реагирующей сенсорной сети. Представлены варианты построения элементов архитектуры и наиболее важных алгоритмов: позиционирования и отслеживания мобильности целей. Разработана архитектура сенсорного узла реагирующих беспроводных сенсорных сетей. Предложена система управления узлом, использующая эффективные паттерны. Разработаны интеллектуальные подходы, методы и алгоритмы локализации и отслеживания узлов. Тестовые исследования показали более высокую и стабильную производительность локализации в различных сценариях предложенными методами и алгоритмами по сравнению с известными аналогами. Для снижения информационной нагрузки и для увеличения максимальной пропускной способности сети предложено использовать архитектуру с интеллектуальными фильтрами данных, регулированием периферийных устройств и с модернизацией сетевой инфраструктуры. Показано, что реализация авторского подхода делает востребованными проблемами разработку алгоритмов Sensor Data Mining на основе методов искусственного интеллекта и интеллектуального анализа данных, а также синтез и генерацию знаний на основе бортовой осведомленности и онтологий. Для повышения жизненного цикла реагирующих беспроводных сенсорных сетей требуется разработка энергоэффективных протоколов коммуникации.

2. Параметрическая идентификация интеллектуального управления операционными переменными функции сопровождения многофункциональной радиолокационной системы [№1 за год]
Авторы: Аржаев В.И., Лихачев М.А.
Просмотров: 2903
Статья посвящена модели параметрической идентификации интеллектуальных воздействий по адаптивному удержанию требуемого качества многоцелевого сопровождения. Метод построен на основе ковариационного анализа и способа управления качеством обслуживания. Модель позволяет оценить ошибки сопровождения объекта и определить необходимый набор регулируемых операционных параметров. Это необходимо для синтеза оптимальных управляющих интеллектуальных воздействий на соответствующие системы технологической аппаратуры многофункциональной радиолокационной системы. Предлагаемая функциональная модель интегрирует четыре ключевых аспекта: показатели качества функции сопровождения, параметры окружения, операционные переменные и характеристики конструктивного ресурса технологической аппаратуры. На ее основе формализована оптимизационная задача максимизации общей утилизации (удовлетворенности) при ограничениях на суммарное потребление ресурсов, решаемая с использованием алгоритма Q-RAM и его модификаций для высококонфигурируемых задач (FOFT, 2-FOFT, SOFT). Особое внимание уделено адаптивному управлению интервалом повторного наблюдения за целью на основе ковариационного анализа фильтра Калмана. Это дает возможность прогнозировать рост неопределенности оценки траектории и динамически определять приоритеты обновления трасс. Вводится понятие нагрузки сопровождения как отношения времени когерентного наблюдения к интервалу обновления, что позволяет связать энергетические, временные и вычислительные ресурсы с метриками точности и непрерывности трасс. Показано, что линейная функция утилизации с пороговыми границами ошибок обеспечивает гибкое задание требований к качеству сопровождения с учетом приоритетов целей. Предлагается метод параметрической идентификации модели интеллектуального контроллера сопровождения: на основе численного решения оптимизационной задачи формируются обучающие выборки для построения серого ящика на базе методов искусственного интеллекта. Такое решение открывает путь к реализации адаптивного, самообучающегося управления параметрами цифровой антенной решетки и вычислительных платформ в реальном времени.

3. Моделирование движения надводных кораблей в навигационных тренажерах [№1 за год]
Авторы: Зубков В.В., Третьяков А.Д., Несмелов А.В.
Просмотров: 2806
Статья посвящена математическому построению и программной реализации модели движения кораблей различного типа на возможных участках маневрирования с учетом волнения водной поверхности в широком диапазоне балльности по Бофорту. Предложенная математическая модель основана на численном решении простых, но нелинейных, дифференциальных уравнений движения (движения центра масс и вращательного движения корабля). Ее гидродинамическая часть не связана с решением сложных дифференциальных уравнений в частных производных, обусловленных динамикой взаимодействия твердого тела с жидкостью. Она основана на качественно верных модельных выражениях для позиционной и демпфирующей сил, а также для силы, действующей на пластину, обтекаемую жидкостью. Влияние сил от волнения и Архимеда и их моментов проведено по общим формулам с учетом детальной информации о профиле обшивки корпуса корабля и на основе вычисляемого на каждом шаге массива точек, задающих возвышение воды над невозмущенным уровнем моря. Математическая модель позволяет также учесть влияние подруливающих устройств и движение катеров на водометном двигателе с выходом на режим глиссирования. Она обладает большой гибкостью, ее простота позволяет довольно легко подобрать новые эмпирические параметры в случае необходимости внесения конкретных изменений в динамику корабля. Модель движения с учетом качки корабля успешно представлена в виде программного кода и интегрирована в ПО навигационного тренажера. Апробация модели в составе навигационного тренажера подтвердила ее эффективность.

4. Методы когнитивного представления глобального района тренировки в комплексных тренажерах по управлению кораблем [№1 за год]
Автор: Грачев В.Г.
Просмотров: 2772
В статье рассмотрены методы автоматизированного создания и отображения протяженного рельефа макрорегионов тренировки с использованием систем имитации визуальной обстановки комплексных тренажеров по управлению кораблем. Проведен обзор существующих технологических ограничений когнитивного представления рельефа макрорегиона тренировки и показаны пути их преодоления. Отмечено, что повышение адекватности моделирования среды в комплексном тренажере по управлению кораблем достижимо за счет существенного увеличения вычислительной производительности методов моделирования. При этом в качестве вычислительного потенциала предлагается использовать существенно возросшие вычислительные мощности современных графических адаптеров. Они входят с состав системы имитации визуальной обстановки тренажера, однако существующее программное обеспечение тренажера утилизирует их не в полной мере. Описаны основные особенности метода параллельного рекурсивного деления на базе конкурентного двоичного дерева, метода формирования локально-адаптивной трехмерной модели фрагмента рельефа и метода видозависимого когнитивного представления протяженного рельефа макрорегиона тренировки. Сформулированы критерии оптимальности этих методов и приведены результаты, подтверждающие оптимальную утилизацию интегральных вычислительных ресурсов системы «центральный процессор – шина данных – графический адаптер». Освещены особенности реализации методов в алгоритмическом и программном обеспечении автоматизированного создания и отображения протяженных рельефов в системе имитации визуальной обстановки. Новые возможности комплексных тренажеров по управлению кораблем при реализации положений парадигмы глобального района тренировки повышают не только их функциональные и дидактические возможности корабля, но и уровень технического исполнения.

5. Методика сравнения эффективности программных средств реконструкции аминокислотных последовательностей на основе эталонных пептид-спектральных соответствий [№1 за год]
Авторы: Аржаев В.И., Скворцов А.В., Цыганков Р.Я., Белякова С.Н.
Просмотров: 2798
В статье исследуется проблема реконструкции аминокислотных последовательностей первичной структуры пептидов по данным тандемной масс-спектрометрии с жидкостной хроматографией. Задача рассматривается в контексте идентификации белков в биологических и биоподобных объектах без априорной информации. Описаны доступные и разрабатываемые программные средства ее решения. Объектом исследования стали алгоритмы и программные средства для реконструкции аминокислотных последовательностей пептидов. Предметом являются показатели корректности формирования пептид-спектральных соответствий программными средствами. Рассмотрены наиболее популярные в использовании, доступные и цитируемые программы de novo секвенирования пептидов. Предложена методика оценки корректности de novo секвенирования на основе адаптации методики расчета количественных показателей схожести элементов функциональной аннотации нуклеотидных последовательностей. Выбран подход к расчету на уровне отдельных нуклеотидов и экзонинтронной структуры генов для применения к оценке достоверности результата работы существующих программных средств формирования аминокислотных последовательностей пептидов без априорной информации. Приведены результаты оценки качества работы программ de novo секвенирования пептидов в соответствии со статистическими метриками методики. Представленная методика и ее программная реализация обеспечивают объективную, воспроизводимую и практически применимую основу для сравнения, выбора при использовании в медико-биологических исследованиях и для дальнейшего совершенствования программных средств de novo секвенирования пептидов. Это особенно важно в условиях стремительного развития методов глубокого обучения в протеомике и постоянного появления новых доступных программных средств.

6. Применение контейнерной виртуализации для реализации параллельных вычислений на суперкомпьютерных кластерах [№1 за год]
Авторы: Киселёв Е.А., Яровой А.В.
Просмотров: 2861
Предметом представленного в статье исследования является применение технологий контейнерной виртуализации в суперкомпьютерных системах. Авторами проведено сравнение наиболее распространенных в области высокопроизводительных вычислений: Docker, Singularity/Apptainer и Podman. Проанализированы преимущества и недостатки каждой технологии. Как результат анализа предложено два варианта использования технологий контейнерной виртуализации совместно с системой управления прохождением параллельных заданий (СУППЗ), применяемой в отечественных суперкомпьютерных центрах. Первый вариант основан на использовании контейнеров Singularity под управлением данной системы и без использования дополнительных средств оркестрации. Разработаны порядок создания и запуска заданий пользователей в виде контейнеров Singularity и программное средство автоматизации формирования и развертывания контейнеров Singularity. Второй вариант подразумевает использование контейнеров Podman совместно с системой оркестрации Kubernetes для автоматизации развертывания виртуальной высокопроизводительной вычислительной инфраструктуры под управлением СУППЗ. Предложен макет масштабируемой платформы для выполнения параллельных вычислений, внутри которого создается набор виртуальных кластеров под управлением СУППЗ с отдельными точками входа для различных групп пользователей, рассмотрены основные этапы построения макета. Предложен метод масштабирования решающего поля виртуальной вычислительной системы, использующий функциональные возможности Kubernetes и СУППЗ. Разработан алгоритм работы программного средства автоматического масштабирования рабочих узлов в виртуальном вычислительном кластере. Результаты исследования на практике могут быть применены в образовательном процессе на дисциплинах, связанных с параллельными вычислениями, а также при проведении научно-исследовательских работ в области высокопроизводительных вычислений.

7. Применение квантованных моделей машинного обучения для встраиваемых систем в реальных задачах [№1 за год]
Авторы: Ачкасов А.В., Ягодкин А.С., Макаренко Ф.В.
Просмотров: 2870
Квантование является ключевым методом оптимизации моделей машинного обучения для устройств с ограниченными ресурсами в контексте миниатюрного машинного обучения (Tiny Machine Learning, TinyML). В данной статье представлено всестороннее исследование применения квантованных моделей TinyML в различных реальных задачах: мониторинге здоровья пациентов, интеллектуальном управлении энергопотреблением, предиктивном обслуживании промышленного оборудования и автоматизированном мониторинге состояния сельскохозяйственных растений. Исследование охватывает разнообразные схемы квантования: равномерное с фиксированной точкой (8-, 4- и 2-битное), с учетом статистического распределения параметров, смешанную точность и с учетом обучения. Для проведения экспериментов использованы архитектуры нейронных сетей, тщательно адаптированные к специфике каждой задачи: одномерные сверточные – для анализа временных рядов, с долгой кратко-срочной памятью – для точного прогнозирования, гибридные сверточные с долгой краткосрочной памятью – для комплексного анализа вибраций и оптимизированные мобильные – для эффективной классификации изображений. Полученные результаты убедительно показывают, что 8-битное квантование обеспечивает оптимальный баланс между вычислительной точностью и ресурсной эффективностью, уменьшая размер модели на 75 % при минимальном снижении точности всего на 1–2 %. Инновационные схемы смешанного квантования, такие как нисходящая и прогрессивно-глубинная, демонстрируют превосходную производительность для определенных архитектур и специфических задач. Важно отметить, что квантование также значительно ускоряет вычислительные процессы и существенно снижает энергопотребление. Это критически важно для автономных устройств с батарейным питанием. Исследование предлагает детальные практические рекомендации по выбору оптимальных схем квантования для различных приложений TinyML и определяет перспективные направления будущих исследований в этой динамично развивающейся области.

8. Практические аспекты применения расстояния Дамерау – Левенштейна в задачах классификации текста [№1 за год]
Авторы: Татарникова Т.М., Миляев Д.Р.
Просмотров: 2857
Предложен новый метод классификации текстов без необходимости применения машинного обучения и наличия обучающей выборки (датасета). Он основан на метрике редактирования – расстоянии Дамерау – Левенштейна в комбинации с семантической близостью слов, со взвешиванием операций редактирования и с порядком важности слов. В данной работе такой подход позволяет оценить близость обрабатываемого текста к эталонному, который заранее предопределен в заданный класс (категорию). Приведены метрики оценки качества методов классификации текстов, такие как точность работы классификатора, средняя абсолютная и среднеквадратичная ошибки, время выполнения и семантическая согласованность. Предложенный метод апробирован на приме-ре сферы ЖКХ для обработки жалоб граждан. Приведена последовательность этапов его применения с включением необходимых операций и процедур обработки текста с их подробным рассмотрением на примерах. Разработана структурно-функциональная схема сбора жалоб граждан из различных источников с описанием объектов информационного взаимодействия. Результаты сравнения предложенного метода с базовым, не учитывающим семантическое сходство слов, показали повышение точности, уменьшение времени поиска сходства слов в сравниваемых строках и значительное снижение средней абсолютной и среднеквадратичной ошибок. Данный подход может найти применение в реальных системах обработки небольших текстов, где не требуется применять ресурсоемкие методы искусственного интеллекта, например, в системах контроля и мониторинга обращений граждан.

9. Сегментация бинарных изображений на основе их кодирования отрезками разной длины [№1 за год]
Авторы: Краснов А.Е., Турчинский К.А.
Просмотров: 2826
В данном исследовании описана разработка метода компрессии, позволяющего сокращать размер файлов без ухудшения точности сегментации. Научная новизна работы заключается в интеграции локальной адаптивной фильтрации и морфологической коррекции с четырьмя вариантами алгоритма сжатия RLE (классический, Foreground-Only, дифференциальный и Z-order) и в использовании оптимизационной функции Ctotal, одновременно учитывающей длину кода, время (де)кодирования и метрики качества (accuracy, IoU, Dice). Исследовано 50 гетерогенных масок (медицинских и синтетических). Перед кодированием применялись блочная пороговая фильтрация с автоматическим выбором порога и операции closing/opening, повышающие связность сегментов. Производительность схем сравнивали по средней экономии объема, IoU, Dice и CPU-времени. Оптимальное сочетание локальной фильтрации, морфологии и диференциального RLE уменьшило размер файлов на 25–40 % по сравнению с глобальной бинаризацией совместно со стандартным RLE, при этом контуры объектов сохранены (IoU = 0,85 – 0,92; Dice = 0,86 – 0,93). При редких объектах режим Foreground-Only давал наилучший компромисс, тогда как Z-order обеспечивал максимальное сжатие приблизительно в 3 % падения IoU. Методика применима в биомедицине, видеоаналитике и системах хранения карт глубины. Она позволяет настраивать параметры фильтрации и кодирования под конкретные ограничения пропускной способности и требований к точности.

10. Моделирование информационных процессов при реализации интерактивного управления цифровыми устройствами [№1 за год]
Авторы: Мицук С.В., Скуднев Д.М., Кустов Д.Н.
Просмотров: 2716
В статье исследована проблема внедрения интерактивных модулей для взаимодействия с цифровыми устройствами и управления ими. Разработка модуля основана на считывании пространственного положения перчатки управления для позиционирования взаимосвязанных элементов, например, компьютерной мыши. Особенностями решаемой задачи являются применение беспроводных технологий и структурирование программы обмена информацией между устройствами. Данная структура включает в себя определение пространственного положения модуля управления в виде перчатки, обработку пользовательских событий по нажатию кнопки, например, сброс точек отсчета осей координат акселерометра, применение световой индикации для быстрого выявления критических ошибок функционирования устройства. Устройство имеет встроенные кнопки, позволяющие запускать калибровку акселерометра MPU6050. Актуальность разработки обусловлена внедрением ИТ в процесс обучения. Разработано функциональное ПО для модуля на языке программирования Python3. Оно имеет графический интерфейс пользователя и включает в себя несколько разделов: настройка параметров управления, проверка параметров запуска, проверка подключений. Конечный пользователь получает возможность гибкой настройки программы под собственные параметры экрана, выбора источника данных, задания параметров сглаживания движений, осуществления мониторинга проблем при работе акселерометра, например ситуаций, когда датчик неправильно обрабатывает данные и отправляет нулевые значения. Элементы графического интерфейса позволяют подключать ноутбук к перчатке, а программа выполняет реализацию пользовательских действий в соответствии с положением перчатки и пользовательскими командами. Приведены примеры использования функциональных возможностей устройства в графическом виде. Проведен анализ коммерциализации проекта в образовательной сфере. На основе данных исследования сформулированы перспективы разработки с позиции как самого устройства, так и направления в целом.

| 1 | 2 | Следующая → ►