ВЕСТНИК АСТРАХАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ: УПРАВЛЕНИЕ, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И ИНФОРМАТИКА

При решении задач оценки достоверности запасов углеводородов предлагается представлять исходные данные в форме нечетких отношений, что возможно с помощью построения поля рассеяния, являющегося одним из методов нечеткого моделирования и основанного на алгоритме сжатия информации. Данный алгоритм позволяет снизить размерность величин и избавиться от случайной информации, присутствующей в наборе исходных данных и являющейся возможной причиной неверной интерпретации результатов. Алгоритм сжатия информации включает в себя два этапа. Первый этап основан на алгоритме кластеризации, позволяющем определить местоположение источников информации. Второй этап основан на методе Хука - Дживса, с помощью которого рассчитываются веса источников. Эксперименты проводились с целью изучения влияния количества источников на результат построения поля рассеяния. В качестве исходных данных использовался набор одновременно измеренных петрофизических параметров «пористость по ГИС» и «пористость по керну», характеризующих емкостные свойства породы. По каждому эксперименту представлены карты источников, поля рассеяния и относительные погрешности. Установлено, что при уменьшении количества источников поля рассеяния сохраняли свою структуру, но возрастала относительная погрешность поля рассеяния и карты плотности исходных данных.

Приведено общее описание организации с иерархической структурой управления, используемое в процессе моделирования. Рассмотрен процесс ручного проведения ознакомления сотрудников с локальными регламентирующими документами. Определены основные действия, выполняемые участниками в процессе проведения ознакомления с документом. На основе выделенных действий предложен способ проведения ознакомления сотрудников с применением заданий двух типов: на ознакомление и на пересылку. Описан процесс ручного проведения ознакомления сотрудников с документом с применением способа, основанного на заданиях. Построена схема ручного определения руководителем группы сотрудников и подгрупп, деятельность которых затрагивается в документе. Выделены этапы ручного процесса определения получателей документа, которые могут быть автоматизированы с применением различных методов классификации. Выделены основные шаги, необходимые для определения направлений документа: определение ключевых слов и их сопоставление с существующими направлениями. Выполнено моделирование этапа определения направлений документа с применением методов классификации, использующих ключевые слова. Описаны основные методы, которые могут быть использованы для определения направлений и ключевых слов документа. Проведено моделирование этапа определения групп и сотрудников, деятельность которых затрагивается документом, с применением методов нечеткой классификации. Выделены основные методы, которые могут использоваться для определения получателей, а также описаны возможности для расширения модели. Построена схема процесса автоматизированного определения рекомендуемых подгрупп и сотрудников, которым требуется переслать документ, базирующегося на программной реализации предложенных моделей. Определены перспективы дальнейшего развития предложенной схемы процесса автоматизированного ознакомления сотрудников с документами.

Рассмотрена возможность модернизации устройства известной авиационной радиостанции с целью повышения помехоустойчивости радиосвязи. Важным фактором обеспечения безопасности полетов является наличие бесперебойной помехоустойчивой радиосвязи между бортом самолета и авиадиспетчером. Радиостанция обеспечивает голосовую (телефонную) связь и телекодовую цифровую связь, при этом голосовая информация передается в аналоговом формате, что становится причиной наличия радиопомех, вносящих искажения в передаваемые сообщения. Повышение помехоустойчивости может быть достигнуто путем передачи голосовой информации в цифровом виде, при этом могут быть применены специальные меры помехозащиты, характерные только для цифровой передачи. В качестве таких мер может применяться помехоустойчивое кодирование и псевдослучайная программная перестройка частоты. Поставлена задача - исследовать возможность модернизации известной авиационной радиостанции при минимальных изменениях ее схемы. Предложен способ организации цифровой радиосвязи при доработке авиационной радиостанции, выпускаемой промышленностью. Формирование цифрового речевого сигнала в данном случае осуществляется с помощью ресурсов радиостанции, применяемых для передачи телекодовой информации. Скорость передачи информации увеличивается с 16 до 128 кбит/с, что приводит к увеличению девиации частоты и, как следствие, расширению спектра сигнала. Проведена оценка помехоустойчивости системы исходя из дальности связи 100 км: определена мощность сигнала, соотношение сигнал/шум, спектральная плотность шума на входе приемника, коэффициент направленного действия передающей антенны. По результатам расчетов сделан вывод, что в результате внедрения предложенных мероприятий будут достигнуты многократное умножение требуемой мощности передатчика помех и значительное повышение помехоустойчивости системы радиосвязи.

Представлено исследование и реализация метода назначения прав доступа к приложениям в корпоративной мобильной сети с разными требованиями по уровню защищенности, который позволит принять во внимание особенности деятельности различных пользователей. Проанализированы существующие решения по назначению прав доступа к приложениям и сервисам внутрикорпоративной сети, обоснована необходимость создания метода, обеспечивающего информационную безопасность при реализации доступа в корпоративных сетях с разными требованиями по уровню защищенности. На основе проведенного анализа тенденций и перспектив развития современных корпоративных мобильных сетей установлено противоречие между требованиями, предъявляемыми к безопасности информации с использованием универсальных мобильных устройств при доступе к защищенным услугам, и техническими возможностями систем защиты информации, обеспечивающих безопасность доступа в корпоративных сетях с разными требованиями по защищенности. Для решения данной задачи реализована многопользовательская система, обеспечивающая работу любой компьютерной техники и мобильных устройств организации, СУБД которой имеет архитектуру «клиент - сервер». Функциональные требования, предъявляемые к разрабатываемому методу, заключаются в том, что он должен обеспечивать возможность выполнения авторизации пользователей, предоставлять администратору возможность управлять правами доступа пользователей к различным приложениям, управлять хранилищем приложений, регистрировать операции, выполняемые пользователем, и вести отчетность. В ходе программной реализации метода назначения прав доступа поэтапно описано проектирование базы данных, построена модель информационных потоков, рассмотрена физическая схема взаимодействия отдельных процедур, на основании которых создана база данных, разработан пользовательский интерфейс с формами, отображающими информацию, хранящуюся в базе данных.

Рассмотрено решение научно-технической задачи в области информационной безопасности - задачи обнаружения электромагнитных излучений, создаваемых вычислительной техникой, - в рамках структурно-лингвистического подхода к анализу экспериментальных данных. Подробно рассмотрена реализация этапа присвоения сегментированным участкам спектрограмм символов некоторого алфавита, соответствующих определенным типам поведения, а также реализация этапа анализа полученных последовательностей символов. Описаны модель построения морфологической грамматики и механизм генерации текстов, мало отличающихся от правильных. Этап формирования грамматики был реализован на языке программирования Python 3.7. Выбор данного языка программирования обосновывается его кроссплатформенностью, низким порогом вхождения, а также широким спектром применения: от автоматизации математических вычислений и машинного обучения до разработки веб-приложений. Также одним из преимуществ этого языка является наличие множества качественных библиотек, в том числе используемых для текущей разработки. Для оценки эффективности и точности разработанных алгоритмов проведен статистический эксперимент. Приведены оценка вероятности верной классификации лингвистических цепочек экспериментальных кривых спектрограмм в нужные группы и общая оценка точности верного определения всех кривых в нужные группы. В результате применения структурно-лингвистического подхода к задаче обнаружения электромагнитных излучений, создаваемых вычислительной техникой, можно заключить, что полученные лингвистические описания исследуемых спектрограмм представляют собой короткие и надежные правила для их анализа и позволяют с высокой точностью в автоматизированном режиме определять отклонения в наблюдаемых спектрах от заданных эталонов.

Рассматривается задача комплексного мониторинга водной среды, которая относится к технической области мониторинга водной среды и содержит модуль управления информацией, модуль анализа и оценки водной среды, модуль раннего предупреждения и прогнозирования состояния водной среды, модуль комплексного мониторинга водной среды, географическую информационную систему (ГИС) и модуль мониторинга данных. Рассматриваемая задача решает вопрос предотвращения распространения загрязнения в областях и элементах с потенциальными угрозами безопасности за счет периодического сбора информации о каждой подобласти (информации об источниках загрязнения вокруг каждой точки мониторинга). Качество воды в точках мониторинга оценивается, анализируется тенденция к ухудшению качества воды, строится модель прогнозирования, которая позволяет предотвратить опасные процессы, идентифицировать площадь загрязнения водной среды и уровень загрязнения, а также точно оценить масштаб аварии, своевременно обработать поступающую информацию и принять эффективные меры по предотвращению последствий чрезвычайной ситуации. За счет применения предлагаемой платформы улучшается комплексный мониторинг водной среды.

Рассматривается задача планирования оптимальной загрузки грузовых составов по ограниченной железнодорожной сети - сети горнодобывающей компании. Представлены два варианта. В первом варианте в сети функционируют локомотивы только одного типа, а во втором локомотивы разных типов. Типы локомотивов определяются их грузоподъемностью. Алгоритм составления расписания движения в сети нескольких локомотивов представляет комбинирование решений частных задач составления расписания для одного локомотива с учетом ограничений по возможности их совместного движения. Структурно множество возможных расписаний движения локомотивов представляют собой набор состояний системы в дискретные моменты времени. Состояние в каждый момент времени описывает расположение каждого локомотива на определенной станции и количество перевезенного груза. Таким образом, два последовательных состояния однозначно определяют маршруты движения локомотивов. Для описания полного набора всевозможных состояний и последовательности их перехода из одного состояния в другое маршруты представляются в виде дерева. Предлагается алгоритм сокращения вариантов расписаний за счет сравнения состояний в узлах деревьев на каждом шаге и исключения из рассмотрения веток состояний, заведомо приводящих к неоптимальному расписанию. Приведена постановка задачи, включающая наличие нескольких локомотивов разных типов, алгоритм решения и его применение к частному случаю. В постановке задачи критерием оптимальности для сравнения различных расписаний выступает минимальное время окончания перевозки всего необходимого объема груза. Дополнительный критерий - суммарное время работы всех локомотивов - используется только в случае равенства основного для нескольких расписаний.

Представлены результаты разработки электронного модуля для проверки плат Arduino. Рассматриваемая аппаратно-программная платформа часто используется в образовательных целях для изучения микроконтроллерных систем и робототехнических устройств. Возможность проверки платы перед повторным ее использованием облегчает поиск неисправностей разрабатываемого электронного устройства. В ходе исследования были разработаны электрическая структурная и принципиальная схемы модуля, создана специальная тестовая программа. В модуле реализованы программные и аппаратные методы диагностики, применение которых позволяет провести тестирование высокой степени точности и обеспечить необходимую надежность разрабатываемых на ее основе робототехнических устройств. Для создания диагностического модуля были определены узлы аппаратно-программной платформы Arduino с высокой интенсивностью отказов: узел проверки линий ввода-вывода, узел проверки аналого-цифрового преобразователя и системы питания, узел проверки EEPROM и источника питания с предохранителем. Практическая ценность данной разработки состоит в том, что тестовая программа загружается непосредственно в микроконтроллер проверяемой платы, позволяя быстро и качественно проверить линии ввода-вывода, имеющие высокий показатель интенсивности отказов. На сегодняшний день подобных устройств для диагностики неисправностей программно-аппаратных платформ Arduino не существует. Использование программно-аппаратной платформы Arduino в образовательном процессе открывает новые возможности как для студентов, так и для школьников. Проекты, реализуемые в средних профессиональных учреждениях технического профиля, мотивируют обучающихся к получению новых знаний, развивают интерес к технике, программированию и конструированию, развивают логическое и алгоритмическое мышление.

Рассмотрен вопрос качества аудиосигнала во время проведения видеоконференций. Описано влияние шумов на качество и разборчивость речевого сигнала. Проведен анализ процесса шумоподавления в аудиосигнале в реальном времени. Выделены основные проблемы, возникающие при цифровой обработке аудиосигнала в реальном времени. Рассмотрены основные методы шумоподавления и выявлены недостатки классических методов. Сформулирована проблема устранения шумов с переменной полосой частот классическими методами шумоподавления. Обоснована необходимость создания гибридной методики шумоподавления с использованием методов машинного и глубокого обучения для устранения как статичных шумов, так и шумов со сложной и переменной спектральной характеристикой. Выделены основные подходы к решению задачи шумоподавления в реальном времени, а именно подход с распознаванием и устранением шумов и подход с распознаванием голоса и устранением звуков, отличающихся от речевого сигнала. Описан алгоритм шумоподавления на основе подхода с распознаванием и устранением шумов. Предложена оптимизация алгоритма путем разложения спектра входного сигнала согласно шкале Барка. Предложена рекуррентная нейронная сеть в качестве инструмента для реализации алгоритма шумоподавления. Определены форматы входных и выходных данных нейронной сети, а также формат обучающих данных. Описана модель корректировки параметров и правил для возможности адаптации алгоритма шумоподавления к специфичным условиям эксплуатации. Предложена гибридная методика шумоподавления, комбинирующая классические методы шумоподавления и методы, основанные на рекуррентной нейронной сети. Разработана схема гибридной методики. Предложен способ тестирования эффективности методики шумоподавления.

Развивается научно-методологическая база в рамках теории систем и системного анализа в приложении к задачам оценки, контроля и формирования динамических состояний технических объектов, расчетные схемы которых являются механическими колебательными системами с сосредоточенными параметрами. В контексте фундаментальных проблем теории системных исследований вынужденных движений в условиях детерминированных возмущений рассматриваются задачи, решение которых направлено на разработку методологического подхода к оценке динамических состояний технических объектов, работающих в условиях связных вибрационных нагрузок. Цель исследования - разработка метода оценки, контроля и формирования динамических состояний объектов в условиях гармонических нагружений силового характера. Предполагается, что в качестве расчетных схем технических объектов могут быть использованы механические колебательные системы, образованные твердым телом, совершающим малые установившиеся колебания относительно положения статического равновесия. Для построения математических моделей используется формализм Лагранжа, интегральные преобразования Лапласа с учетом нулевых условий и структурные методы, позволяющие рассматривать механические колебательные системы как эквивалентные в динамическом отношении структурные схемы систем автоматического управления. Оценка динамического состояния объекта реализуется на основе передаточной функции, в физическом смысле представляющей интерпретацию динамической податливости. Совокупность амплитудно-частотных характеристик, на основе которых оценивается динамическое состояние объекта, представляет собой параметрическое семейство, для которого первым параметром является коэффициент связности внешних силовых возмущений, а вторым параметром является координата точки, для которой определяется динамическая податливость. Бесконечное семейство амплитудно-частотных характеристик регуляризируется на основе введения динамических инвариантов, которые могут рассматриваться в качестве обобщенных динамических состояний механических колебательных систем. Для определения динамических инвариантов семейства амплитудно-частотных характеристик, с учетом двух параметров, строится карта динамических инвариантов, которая разбивает плоскость параметров на непересекающиеся множества с помощью границ. Для определения явных аналитических выражений этих границ доказана теорема.

Рассматривается задача автоматизации теплового расчета реактора для синтеза серосодержащего сорбента, полученного на основе использования отходов производства эпихлоргидрина, хлорированного лигнина и полисульфидов натрия. Автоматизированный расчет способствует сокращению трудоемкости процесса, повышению качества принимаемых проектных решений, существенно снижает производственные затраты и себестоимость готовой продукции. Установлено, что из-за несовместимости критериев подобия химических и массообменных процессов масштабный переход в реакторе на основе физического подобия осуществить практически невозможно. При масштабном переходе от лабораторной установки к малой производственной установке были использованы расчетные методы, основанные на инженерном опыте и позволяющие увеличить достоверность полученных результатов. Определены начальные значения, на основании которых будут осуществляться расчеты реактора с пропеллерной мешалкой, которая используется для перемешивания рабочей смеси с коэффициентом динамической вязкости 6,01 сП и содержанием твердой фазы 31,8 %. Тип мешалки был определен исходя из результатов расчета физических свойств ингредиентов, обзора конструкций перемешивающих устройств. Приводятся блок-схема и формальное описание алгоритма расчета теплообмена при разогреве реакционной смеси; интерфейс программы, написанной на языке C#, отображающий результаты теплового расчета нагрева рабочей смеси. В результате расчета вычислены количество теплоты и время, необходимые для нагрева рабочей смеси, коэффициент теплоотдачи от рабочей среды к стенке реактора, массовый расход воды и ее затраты, скорости воды в тепловой рубашке, режим течения воды в рубашке и другие критерии подобия.