ИЗВЕСТИЯ ЮФУ. ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

В современных условиях перехода к шестому технологическому укладу и обострения глобальной конкуренции первостепенное значение приобретает проблема обеспечения технологического суверенитета и технологического превосходства на национальном и корпоративном уровнях. В основе решения этой проблемы лежит организация эффективного развития научных исследований и, в первую очередь, исследований, направленных на создание новых высокоэффективных технологий в различных сферах деятельности. В работе предлагается методика анализа и развития технологических трендов и технологий в условиях неполноты и нечеткости информации. Методика обеспечивает прогнозирование и оценку развития общемировых технологически трендов для заданных предметных областей, а также определение возможных альтернатив технологического развития и разработки стратегии достижения технологического паритета и технологического превосходства в условиях ограничений. Реализация предлагаемых в методике процедур позволяет определить организационную стратегию достижения технологического паритета на различных уровнях рассмотрения, а также сформировать перечень технологий развития технологических трендов, обеспечивающих технологическое превосходство. Определено, что методика построения дорожных карт развития технологических трендов и технологий в условиях ограничений должна обеспечивать: 1. Анализ развития общемировых технологических трендов для заданных предметных отраслей на национальном (на пример в РФ), отраслевом и корпоративном уровнях. 2. Анализ и разработку стратегии обеспечения технологического паритета и технологического превосходства в условиях ограничений. В отличие от имеющихся исследований представленная методика позволяет: - получать количественные прогнозные оценки развития технологических трендов и составляющих технологий, с учетом их связности, на основе конструирования будущих событий; - обеспечивать возможность построения дорожных карт развития технологических трендов и технологий на национальном, отраслевом и корпоративном уровнях в условиях ограничений. В основу проведенного исследования по созданию методического аппарата положен системный подход, при котором стратегия построения дорожных карт развития технологических трендов и технологий рассматривается как цельный комплекс взаимосвязанных элементов, обеспечивающих решение поставленных задач. В результате реализации предложенной процедуры возможно определить: - организационную стратегию достижения технологического паритета; - время достижения технологического паритета; - сформировать перечень технологий развития технологических трендов, обеспечивающих технологическое превосходство.

Цель исследования - сформировать и обобщить подходы, применяемые при проектировании программного обеспечения навигационных систем наземных подвижных объектов. В статье описан опыт разработки программного обеспечения навигационных систем различных наземных объектов. В зависимости от типа шасси, характера решаемых функциональных задач, требований к эргономике, степени автономности и ряда других факторов будет определяться сложность применяемых программно-алгоритмических решений. Алгоритмы функционирования системы навигации со всеми входящими в нее компонентами, как правило, не являются требовательными к вычислительным мощностям, за исключением реализации работы с цифровыми картами местности. В связи с этим, не смотря на значительное отставание отечественной элементной базы от зарубежных аналогов, формирование комплексированного навигационного решения может быть реализовано на ее базе. Еще одной особенностью проектирования программного обеспечения навигационных систем является необходимость функционирования их в режиме реального времени. Это необходимо для синхронной обработки, поступающей от различных источников первичной информации, и обеспечения формирования потребителю навигационного решения со стабильной частотой. Модульный подход проектирования программного обеспечения построен на принципах унификации внутренних функций навигационной системы и переносимости полученных ранее решений между проектами. При таком подходе каждый элемент выполнен в форме самостоятельного модуля, который представляет законченную подпрограмму с набором входных и выходных параметров. Реализация взаимодействия между модулями зависит от типа его исполнения и может быть выполнена как на уровне встраивания исходного кода, так и на уровне обмена параметрами через каналы информационного взаимодействия. Применение модульного подхода при проектировании программного обеспечения навигационных систем наземных объектов позволяют за короткий период создавать полнофункциональные технические решения, обеспечивающие потребности конечного пользователя. При этом снижается риск последующих конструктивных ошибок и доработок в связи с увеличенным объемом проверок и накопленным опытом применения разработанного ранее алгоритма.

Рассматривается проблема генерации карт занятости окружающего пространства для робототехнических платформ по данным от мультиспектральной системы технического зрения. Целью работы является качественное улучшение генерируемой модели проходимости путем комплексирования геометрических и семантических данных от лидаров и стереокамер, а также прямых измерений скорости от радаров миллиметрового диапазона. Представленные алгоритмы и их модификации являются универсальными по отношению к источнику данных и не требуют физической синхронизации сенсоров. В исследовании решается задача построения как статических априорных, так и работающих в реальном масштабе времени динамических карт занятости. Предложен подход по объединению априорной семантической карты с генерируемой в процессе автономного движения робота. Описаны подходы к накоплению и обновлению семантической информации в картах. Также рассматривается задача обнаружения динамических препятствий в картах занятости на основе модифицированного алгоритма фильтрации частиц. Описанный в статье комбинированный метод увеличивает точность определения динамических препятствий и позволяет корректно детектировать препятствие даже в случае ошибки алгоритма определения динамики. Выделены метрики по количественной оценки карт занятости. Разработанный алгоритм был протестирован на открытых датасетах Semantic KITTI, nuScenes в автомобильном домене данных, а также на малом сервисном роботе-уборщике как в симуляторе CARLA, так и в реальных условиях с активным пешеходным движением. Программная реализация алгоритма работает в реальном масштабе времени на встраиваемых вычислителях Jetson AGX Xavier и Jetson AGX Orin.

Выбор значений параметров в эволюционных алгоритмах сильно влияет на их производительность. Многие популярные методы настройки параметров ограничены максимальным числом вычислений целевой функции для поиска хорошего набора значений параметров. Недавно был предложен подход к выбору алгоритмов для решения оптимизационных задач, использующий анализ ландшафта функции приспособленности и машинное обучение для выбора оптимального алгоритма решения задачи на основе особенностей ее ландшафта. Подобное применение анализа ландшафта функции приспособленности мотивирует на дальнейшие исследования, в частности, применительно к настройке параметров эволюционных алгоритмов. Использование признаков ландшафта функции приспособленности позволяет выявлять похожие задачи и использовать данные о настройке параметров, полученные при тестировании на эталоных задачах, что значительно снижает число необходимых вычислений целевой функции при настройке. В этой работе на примере генетического алгоритма (1+( λ, λ)) рассматривается подход к автоматическому выбору параметров с использованием анализа ландшафта целевой функции и машинного обучения. В предлагаемом решении оцениваются особенности ландшафта целевой функции поставленной задачи оптимизации и предлагаются оптимальные значения параметров алгоритма с помощью нейронной сети. Данная сеть была обучена на наборе данных об особенностях ландшафта, выраженных в виде числовых признаков и соответствующих им оптимальных наборов параметров алгоритма. В отличие от подходов к автоматическому выбору алгоритмов оптимизации для конкретной задачи, в данной работе рассматривается задача регрессии параметров алгоритма вместо проблемы классификации наиболее подходящего алгоритма из заданного набора. Результаты экспериментов на различных конфигурациях задачи W-model, а также на задачае MAX-3SAT показывают, что предлагаемый подход к автоматическому выбору параметров с учетом ландшафта целевой функции может помочь определить подходящие значения статических параметров генетического алгоритма (1+( λ, λ)) , так как алгоритм с предложенными значениями параметров превосходит другие рассмотренные варианты (1+( λ, λ)) GA , в среднем требуя меньше вычислений целевой функции для нахождения оптимума, чем остальные рассмотренные алгоритмы.

В задачах проектирования микрополосковых фильтров большую роль играет удачный выбор начального приближения для значений искомых геометрических размеров элементов фильтра. Особенно это важно, если проектируемый фильтр обладает новыми конструктивными признаками, и методы синтеза этого устройства еще находятся на стадии разработки. В работе рассматриваются некоторые результаты проектирования полосовых микрополосковых фильтров, состоящих из противонаправленных шпилечных резонаторов с металлизированным отверстием в середине каждого резонатора. Такое техническое решение позволяет существенно расширить полосу заграждения фильтра за счет подавления паразитной полосы пропускания, которая неизбежно формируется в традиционном фильтре на полуволновых шпильках в связи с возникновением резонанса на удвоенной частоте основной полосы пропускания. Введение в резонатор металлизированных отверстий приводит к необходимости исследования свойств этих резонаторов и к определению потенциальных возможностей полосового фильтра, состоящего из таких резонансных элементов. Важнейшей характеристикой полосового фильтра, задаваемой в любом техническом задании на проектирование, является ширина основной полосы пропускания и ее положение на частотной оси. В работе получены оценки относительной ширины полосы пропускания фильтра в зависимости от ширины реализуемых значений полоскового проводника, образующего шпильку, и от зазора между плечами шпильки. В результате определяются потенциальные возможности рассматриваемых фильтров по реализуемой ими относительной ширине основной полосы пропускания. Под физической реализуемостью фильтра понимается возможность технологически реализовать значения всех геометрических размеров элементов фильтра, исходя из накладываемых на них разумных ограничений. Эти ограничения определяются технологическими допусками для минимальных геометрических размеров и габаритными и частотными ограничениями для максимальных размеров. В работе определен диапазон реализуемых геометрических размеров. Методика решения задачи синтеза фильтра основана на переходе от фильтра к 2n-полюснику и в рамках данной работы она используется как инструмент для определения потенциальных возможностей исследуемых фильтров в электродинамической среде моделирования HFSS. Реализуемые значения относительной ширины полосы пропускания фильтра лежат в пределах от 10 % до 32 %, что позволяет отнести данный тип фильтра к устройствам с умеренной шириной полосы пропускания. Приводятся результаты проектирования фильтров на двух шпилечных резонаторах для случаев предельно узких и предельно широких полос пропускания.

Генераторы, стабилизированные диэлектрическими резонаторами, нашли широкое применение в связи, радиолокации, радионавигации и радиоэлектронной борьбе. Их исследованию посвящено большое число работ, однако повышение требований к ним заставляет разработчиков радиоаппаратуры искать новые технические решения. Особенно важна стабильность частоты генераторов СВЧ в условиях воздействия вибраций, ударов, перепадов температуры, изменения напряжения питания. Влияние внешних воздействующих факторов приводит к появлению паразитных параметров сигнала - уходам частоты, расширению спектральной линии, возрастанию гармоник и субгармоник. Целью данной работы является измерение паразитных параметров выходного сигнала. Объектом исследования является серийный генератор СВЧ. В работе даётся краткое его описание. К генератору предъявляются следующие требования: - расчёт диэлектрического резонатора; -моделирование микрополоскового фильтра из состава умножителя частоты; - рабочая частота 17490±3,5 МГц; - выходная мощность не менее 10 дБм; - сопротивление нагрузки 50 Ом; напряжение питания 15 В; ток потребления не более 215 мА. В качестве результатов исследования представлены: - выбег частоты за 15 минут после включения; - зависимость частоты от напряжения питания; - спектр выходного сигнала в полосе 100 кГц; - спектр выходного сигнала в полосе 20 ГГц. Полученные результаты могут быть использованы студентами и преподавателями радиотехнических дисциплин, инженерами - разработчиками радиоаппаратуры. Статья дополняет известные результаты по экспериментальному исследованию генераторов в части паразитных параметров выходного сигнала. Для начинающих исследователей может быть полезна методика эксперимента.

Успехи микроэлектроники, особенно развитие КМОП-технологии, обеспечили возможность создания приборов с чрезвычайно низкой потребляемой мощностью. Это позволило разрабатывать автономные беспроводные приборы, которые обеспечивают с использованием радиоволн не только прием, обработку и передачу информации, но и получение мощности питания от терминалов. Более того, для беспроводного и безбатарейного питания может применяться собирание радиочастотной энергии из окружающей среды: энергии излучения станций сотовой связи, радиотелевизионных станций, СВЧ-печей, Wi-Fi, Bluetooth и др. источников. Для преобразования радиочастотной энергии в напряжение питания чаще всего применяются выпрямители на основе нанометровых МОП-транзисторов в диодном включении. Когда устройства с беспроводным питанием находятся далеко от терминала или собирают энергию для питания из окружающей среды, плотность мощности электромагнитного поля и, следовательно, амплитуда входного напряжения может быть весьма малой. Поэтому актуальной является задача разработки и исследования таких устройств, способных работать при очень низких входных напряжениях. Целью исследования является анализ выпрямительных свойств диодов на основе нанометровых МОП-транзисторов в режиме слабой инверсии при сверхнизких входных напряжениях и выработка рекомендаций по выбору технологии и проектированию микросхем с беспроводным питанием. Получены выражения для оценки коэффициентов выпрямления диодов по току и по мощности. Выполнены расчеты по полученным выражениям и моделирование с использованием модели BSIM4v4.8.2 вольтамперных характеристик и зависимостей коэффициентов выпрямления диодов по току и по мощности от напряжения для типовой КМОП-технологии 90 нм. Показана возможность построения выпрямителей на основе МОП-транзисторов при сверхнизких напряжениях вплоть до единиц мВ. Даны рекомендации по обоснованию технологических и конструктивных параметров при проектировании модулей преобразования и собирания энергии беспроводных устройств.

В системах управления и контроля чаще всего используются фильтры нижних частот и полосовые фильтры. Для ограничения спектра сигналов от датчиков широко применяются аналоговые, дискретно-аналоговые и цифровые фильтры, амплитудно-частотные характеристики которых аппроксимируются различными математическими функциями, в т.ч. полиномами Лежандра. Применение фильтров Лежандра в контуре системы автоматического управления приводит к изменению ее динамических характеристик. Характер этого влияния зависит от порядка передаточной функции фильтра, а также от вида аппроксимации, которые выбираются при проектировании системы управления и контроля. Задержка информации в таких фильтрах является причиной появления динамической составляющей их погрешности, влияющей на общую погрешность системы управления и контроля, что снижает допустимую скорость её работы. В статье дается аналитическая оценка зависимости величины динамической погрешности для фильтров Лежандра нижних частот и полосовых. Это позволяет оперативно решать прямую и обратную задачи распределения погрешностей системы управления и контроля и обосновать скорость её работы. В статье проводится анализ схем полосового фильтра Лежандра первого, второго и третьего порядков, а далее, полученные результаты обобщаются на полосовой фильтр Лежандра произвольного порядка. Показано, что для фильтров нижних частот величины максимальных динамических погрешностей могут быть получены с высокой точностью. Для полосовых фильтров Лежандра погрешности аппроксимации математической зависимости максимальных динамических погрешностей от параметров фильтров определяются единицами процентов, но в некоторых случаях могу достигать 20%.

В настоящее время пьезоэлектрические материалы на основе пленок, например, из поливинилиденфторидов, нашли широкое применение в разных отраслях промышленности. Интерес к этим материалам обоснован, прежде всего, выгодными, по сравнению с материалами на основе пьезокерамических составов, величинами плотности пленочного материала, а также величинами эффективных пьезоэлектрических коэффициентов, что позволяет реализовать в изделиях новые принципы нагружения с целью преобразования механической энергии в электрическую энергию. Кроме того, меньшая жесткость пленочных полимерных материалов, по сравнению с жесткостью чувствительных элементов электроакустических преобразователей на основе пьезокерамических составов, обеспечивает возможность создания конструкций преобразователей большой площади или собранных из этих преобразователей апертур антенн, повторяющих обводы корпусов носителей. В статье описаны перспективы внедрения пленочных полимерных пьезоматериалов в изделия гидроакустической и электрогенераторной техники. Очевидно, что внедрение новых материалов в гидроакустическую и пьезогенераторную технику требует переосмысления методик расчетов характеристик изделий на основе пленочных пьезоактивных материалов. Одной из основных характеристик электроакустических преобразователей, применяющихся, как в гидроакустической технике, так и в изделиях генерации электрической энергии за счет использования волнения поверхности моря или океана, является энергетический коэффициент электромеханической связи. Указанный коэффициент является тензорной физической величиной, а, соответственно, для анизотропных материалов, которыми являются пьезоактивные пленки, например, из поливинилиденфторидов, необходим математический аппарат, который позволял бы определять компоненты тензора энергетического коэффициента электромеханической связи в ходе проектирования изделий гидроакустической и пьезогенераторной техники. Попытка разработки такого математического аппарат предпринята авторами статьи, но в ходе выполненных работ установлена аналитическая неопределенность компонент тензора энергетического коэффициента электромеханической связи. В статье представлено научное обоснование выявленной аналитической неопределенности компонент тензора энергетического коэффициента электромеханической связи из уравнений, устанавливающих зависимости указанных компонент от коэффициентов, характеризующих механические и пьезоэлектрические свойства пленочных материалов с учетом их анизотропии.

Беспроводные сети передачи данных порождают угрозы, от которых невозможно защититься традиционными для проводных сетей средствами, поскольку в таком случае невозможно обеспечить эквивалент безопасности проводных сетей в силу физических свойств канала связи. Целью статьи является определение актуальных проблем, существующих при обеспечении информационной безопасности (ИБ) в беспроводных сегментах сетей передачи данных. Для достижения поставленной цели из банка угроз безопасности информации ФСТЭК России осуществлена выборка угроз, потенциально реализуемых в беспроводных сетях. Установлено, что реализация таких угроз может приводить к полному набору нарушений состояния ИБ, а именно: к нарушению конфиденциальности, целостности и доступности информации. Рассмотрены существующие практические способы обеспечения ИБ в беспроводных сегментах сетей. Анализ этих способов указал на присутствующую при радиомонитроинге техническую возможность создания дополнительного рубежа в системе эшелонированной защиты информации. В свою очередь, это обеспечивает потенциал обнаружения уязвимостей и вторжений на канальном уровне сетевого взаимодействия как в локальных сетях предприятий, так и в крупномасштабных сетях общего пользования. В соответствии с целью сгруппированы аспекты построения такого рубежа защиты, связанные с контролем канального уровня сетевого взаимодействия беспроводных устройств, уменьшением размеров частотно-территориальных кластеров и правовым обеспечением. Обзором публикаций выявлен разрыв между существующими подходами к радиомонитроингу и обеспечению ИБ, также обнаружена слабая развитость направления, связанного с исследованиями в области обнаружения и предотвращения беспроводных вторжений. Полученный результат указывает на необходимость пересмотра сложившейся концепции радиомонитроинга и разработки соответствующих организационно-технических мер для его интеграции в систему мероприятий по обеспечению ИБ, что должно помочь решить проблему своевременного обнаружения и предотвращения вторжений в беспроводные сегменты сетей передачи данных, а также выявления уязвимых элементов инфраструктуры этих сетей.

Современные технологии и городская инфраструктура требуют инновационных подходов к обнаружению пожароопасных ситуаций. Эффективное и сверхбыстрое обнаружение возгораний становится неотъемлемой частью обеспечения безопасности. С этой целью синтезируются и реализуются системы способные обнаруживать и информировать об пожароопасной ситуации за считанные секунды, в статье синтезируется одна из таких систем. Исследование и синтез математической модели цифрового универсального пожарного датчика, который в свою очередь является комплексом взаимосвязанных датчиков, актуально в связи с постоянным развитием инфраструктуры систем, возрастающей сложностью электрооборудования и необходимость сокращению ущерба, возникающего при возникновении и распространении пожаров. Предиктивная диагностика работоспособности электрооборудования, позволяет своевременно выявлять и устранять потенциальные угрозы пожарной безопасности. В рамках данного исследование приводится теоретическая математическая модель реального цифрового универсального пожарного датчика, сперва в упрощенном варианте, затем в усложненном с учетом конструкции и статистического подхода к задаче нахождения порогов срабатывания датчика, приведено описание параметров математической модели и последовательного принципа работы. Данный датчик представляет собой инновационное решение в области пожарной безопасности, которое обеспечивает высокий уровень контроля и эффективности в реальном времени. На основе теоретических моделей, представленных в статье, разработана математическая модель датчика, которая смоделирована с использованием программного средства Simulink на реальных данных, полученных от производителя датчика. Результаты моделирования показали, что модель корректно описывает поведение реального датчика на всех каналах и может быть использована в дальнейших исследованиях, таких как прогнозирование и обнаружения пожароопасных ситуация с использованием нейронных сетей. Синтез предложенной системы необходим для дальнейших исследований в область прогнозирования и обнаружения пожароопасных ситуаций на основе полученной математического модели.

Целью исследования является оценка эффективности применения нелинейной метаповерхности на объекте клиновидной формы для управления отраженным от него электромагнитным полем. В исследовании нелинейная метаповерхность представляет собой двумерный упорядоченный массив, элементы которого, взаимодействуя с электромагнитным полем падающей волны, способны управлять амплитудой и фазой прошедшей и отраженной волн, позволяя таким образом управлять волновым фронтом. Задачей исследования является поиск и проверка метода анализа клиновидных структур с нелинейными нагрузками различной конфигурации. При решении задачи исследования, рассматривается модель задней кромки крыла летательного аппарата с продольными нелинейными нагрузками на обеих гранях. Исследуемые нелинейные элементы моделируются сосредоточенными нагрузками в зонах на поверхности задней кромки крыла летательного аппарата. Подбором параметров сосредоточенных нагрузок задается вид их нелинейности. Описывается метод численного анализа модели, основанный на решении задачи рассеяния и задачи излучения электромагнитного поля. Представлена пошаговая последовательность действий от создания объемной модели задней кромки крыла летательного аппарата, до задания параметров расчета и получения результатов. Приведены результаты моделирования задней кромки крыла летательного аппарата с различным числом нелинейных нагрузок, различным положением нагрузок относительно друг друга и от кромки, различными параметрами сосредоточенных нагрузок. Полученные результаты электродинамического моделирования позволяют сделать выводы относительно параметров нагрузок, их количества и расположения. Были исследованы различные комбинации нагрузок, а именно две, три и четыре нелинейных нагрузки на каждой грани. Результаты для идеально проводящего клина с двумя нагрузками, показали низкую эффективность в части возможности увеличения уровней кратных гармоник относительно уровня основной в рассеянном от структуры электромагнитном поле. Анализ клина c тремя нагрузками, показал возможность увеличения уровней кратных гармоник на 13 дБ в секторе углов ±5°. Стабильное, в широкой полосе частот, увеличение уровня кратных гармоник на 13-23 дБ в секторе углов ±80° достигается при размещении на задней кромке крыла летательного аппарата четырех нагрузок.

В настоящее время актуальность использования криптоактивов стремительно растет. В последние годы торговля криптовалютой стала одной из наиболее обсуждаемых тем в мире финансов и инвестиций. Криптовалюты, такие как Биткоин, Эфириум, привлекают внимание миллионов людей благодаря своей инновационности, потенциалу высокой прибыли и возможности децентрализации. Технология блокчейн, на которой основаны криптовалюты, является одной из самых инновационных и перспективных технологий на рынке. Изучение торговли криптовалютами позволяет понять, как частные инвесторы и компании могут использовать блокчейн-технологии для инвестирования и развития своих бизнесов. Одной из главных причин популярности торговли криптовалютой является ее высокий уровень волатильности. Курс криптовалют может быстро меняться, что предоставляет возможности для получения прибыли. Данная статья направлена на исследование использования предиктивной аналитики для принятия решений в децентрализованных системах на примере торговли криптовалютами на централизованных и децентрализованных биржах. В настоящей работе проводится исследование децентрализованных и централизованных систем с целью дальнейшего создания систем поддержки принятия решений. Приведено общее описание и схемы работы децентрализованных и централизованных динамических систем на примере исследования криптобирж. Данная научная статья исследует типовую структуру централизованной и децентрализованной криптобиржи, анализируя основные компоненты и принципы ее функционирования. В статье рассматривается внутренняя организация биржи, включая систему хранения цифровых активов, механизмы выполнения сделок, обеспечение безопасности и управление рисками. Также обсуждается взаимодействие биржи с участниками рынка, а также регулирующими органами. Помимо этого, данная научная статья исследует правила и принципы работы трейдеров и маркет мейкеров на централизованных и децентрализованных криптобиржах. Рассматриваются основные стратегии и тактики, которые используют участники рынка для обеспечения ликвидности и оптимизации операций торговли. В статье проводится сравнение подходов к торговле на различных типах криптобирж с учетом их особенностей и влияния на ценовую динамику криптовалют. Представленные результаты могут способствовать более глубокому пониманию процессов в торговле криптовалютами и оптимизации стратегий принятия решений для инвесторов и торговцев на рынке криптоактивов.

Сложные социогуманитарные системы - это разновидность систем, которые изучаются в социологии, антропологии, экономике, политологии, и других гуманитарных науках. Эти системы характеризуются сложностью взаимодействий между их составляющими элементами, которые могут быть как людьми (индивидами, группами), так и культурными, социальными, экономическими и политическими аспектами. Например, общество как социогуманитарная система состоит из различных элементов, таких как люди, культура, институты, ценности и так далее. Они взаимодействуют между собой, образуя сложную сеть связей и влияний, которая определяет поведение и развитие общества. Чтобы лучше понять такие системы, используются различные подходы, включая системный анализ, социальную сетевую теорию, теорию сложности и другие методы. Эти подходы помогают выявить основные закономерности в функционировании сложных социогуманитарных систем и предсказать их развитие в будущем. В данной статье рассматриваются подходы к выявлению причинно-следственных связей, выделяются основные требования к построению этих связей в контексте сложных социогуманитарных систем, имеющих дело, в основном, со слабоструктурированной информацией, часто в виде естественного языка и текстов. Были определены слабые и сильные стороны выявленных подходов, а также рассмотрены примеры использования современных методов построения графов на разных задачах: выявление рисков в бизнесе, анализ социальных явлений, выявление наличия причинности в текстах. Исследование показало, что наиболее продуктивными являются методы машинного обучения, например языковые модели для извлечения знаний из текста в совокупности с нейросетевыми технологиями и графовым представлениями знаний. Они требуют уверенных знаний математики, статистики и программирования, как минимум на языке Python, имеющих самую внушительную инструментальную поддержку для решения задач машинного обучения. Также, выявление причинности основывается не только на корреляции, но и на других методах, таких как тест Грейнджера, используемый для анализа временных рядов.

Целью данной работы является проведение системного анализа мобильных роботизированных платформ, которые могут использоваться в сельском хозяйстве для транспортировки грузов и прополки сорняков. Данное исследование является актуальным из-за увеличения численности населения, уменьшения пахотных площадей, естественного оттока населения из сельской местности и снижения количества сельскохозяйственной техники. Для достижения поставленной цели в работе сформировано «дерево» целей системного анализа конструктивного исполнения платформ, которые предваряют и декомпозируют этапы проектирования и разработки роботов сельскохозяйственного назначения. Из-за наличия нечетких и вербальных показателей оценки экспертами роботизированных платформ, авторы предлагают определять их в виде нечетких интервалов, которые с применением аддитивной свертки позволяют получить комплексный показатель, который может представлять либо в нечетком виде, либо в виде пессимистической, оптимистической или нейтральной оценок. При этом весовые коэффициенты аддитивной свертки также можно представить в нечетком виде. Для этого предложены операции умножения и сложения нечетких интервалов. Для проведения имитационного моделирования представлена структура программного обеспечения с применением объектно-ориентированного подхода. За счет перегрузки классических операций сложения и умножения удалось реализовать алгебраические операции с нечеткими интервалами без усложнения вычислений. Результаты моделирования подтвердили работоспособность подхода и позволили определить конструктивное исполнение, компоновку, двигатели и движители для сельскохозяйственной платформы. Предложенные методы можно использовать перед этапами проектирования и разработки роботов различного назначения, а использование показателей в нечетком виде позволяет снизить нагрузку на экспертов.

Статья посвящена актуальной теме имитации качки катамарана и программному обеспечению, алгоритмам позволяющим реализовать эту имитацию. Актуальность вытекает из необходимости тестировать навигационные устройства и их алгоритмы, строить большие тренажёрные комплексы имитации объектов надводного, воздушного и наземного базирования. Данная статья будет сосредоточена на описании программного и алгоритмического обеспечения для создания имитатора качки катамарана, находящегося на поверхности воды, при воздействии на него ветроволновых воздействий. Имитационный стенд для воспроизведения качки катамарана включает в себя платформу Стюарта, датчики, микроконтроллеры и персональный компьютер оператора. Верхняя часть платформы перемещается подобно палубе катамарана, а нижняя часть жёстко закреплена. Результаты экспериментов учитываются датчиками, закреплёнными на подвижной части, и обрабатываются микроконтроллером-прототипом навигационной системы. Считается, что навигационная система должна получать данные об объекте качки и возвращать оператору вектор состояния, содержащий угол и скорость крена, угол и скорость дифферента, высоту и скорость вертикальной качки. Применяемые математические модели описывают динамику катамарана и системы управления, уменьшающую амплитуду качки, внешние возмущения морской волны, формируемые по спектру Пирсона-Московица. Для получения траекторий качки катамарана реализован алгоритм Рунге-Кутта 4-го порядка с фиксированным шагом, а для фильтрации и восстановления полного вектора состояний катамарана реализован фильтр Калмана по схеме с «с задержкой». Разработано программное обеспечение для воспроизведения крена катамарана на имитационном стенде, фильтрации и восстановления вектора состояния, графического отображения результатов эксперимента в виде графиков, сохранения результатов в файлах. Для лучшей интерпретации результатов входные параметры графического интерфейса и алгоритмов имеют простые наглядные параметры: скорость и направление ветра, начальное состояние катамарана и служебные, а результаты представляются в виде графиков. В статье представлено подробное описание взаимосвязи модулей программ, применяемых математических алгоритмов, указаны входные и выходные параметры. Результаты имитации показывают достаточное качество воспроизведения качки катамарана. Однако были выявлены незначительные погрешности, связанные с механическими ограничениями применённой кинематической модели.

Статья посвящена решению научной проблемы создания верхнеуровневого описания модели онтологии знаний для интеллектуальных систем обработки и анализа текстов на естественном языке, построенной на основе оригинальной компонентной архитектуры, обеспечивающей необходимый уровень детализации спецификаций анализируемой текстовой информации. Актуальность данной задачи обусловлена необходимостью развития теоретических основ построения информационных моделей семантических зависимостей внутри текстов на естественном языке. Автором даны определения основным терминам исследуемой предметной области. Представлена формализованная постановка решаемой задачи. Проблема «информационного взрыва», причиной возникновения которой стал экспоненциальный рост объемов цифровой информации, привела к ситуации, когда до 95% информационного потока содержит неструктурированные данные. В подобных условиях, крайне актуальной становится задача создания эффективных интеллектуальных систем поиска и приобретения знаний, в том числе, интеллектуальных систем обработки и анализа текстов на естественном языке. Научным направлением решения этой частной задачи является Text Mining (TM) - раскопка знаний в текстовой информации. В качестве примера прикладной задачи использования приобретенных знаний, в данном исследовании, рассматривается значимая проблема информационной поддержки процессов предупреждения и/или ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. В данной задаче исходными данными являются потоки текстовых сообщений (новостной информации, отчетов о техническом состоянии техногенных объектов, информации о природных явлениях и т.п.), поступающих в центры принятия решений, а на выходе формируются прогностические оценки и/или конкретные инструкции относительно оценки ситуации и предпринимаемых действий определенными специалистами. Одной из причин, сдерживающих развитие интеллектуальных систем обработки и анализа текста для решения задач поиска, приобретения и использования знаний, является недостаточно высокий уровень эффективности моделей и алгоритмов, обеспечивающих комплексное решение описанных выше задач искусственного интеллекта с учетом особенностей семантики и контекста.

Рассматривается задача управления распределением энергетической мощности на территории, покрытой интеллектуальной энергосетью. Целью управления является стабилизация потока энергии при наличии внешних воздействий, вызванных изменением состояния окружающей среды. Присутствие уязвимостей обусловлено природой энергетических сетей и при определенном стечении обстоятельств провоцирует аномалии энергоснабжения. Воздействие факторов внешней среды разнообразно по содержанию, не позволяя уверенно прогнозировать актуальные угрозы. Описываются геоинформационные модели, использующие представление знаний образами. Ее использование дает возможность оценивать актуальность известных угроз. Концептуально образ включает в себя центр и допустимые преобразования центра в некотором контексте. Рассматривается случай, когда угроза нарушения работы интеллектуальной сети оценивается трансформированием образа в заданную область пространства, в которой размещается интеллектуальная сеть. Принципиальной особенностью предлагаемого подхода является оценка реализуемость явления или события в заданной области пространства. Операция переноса ситуации заставляет учитывать особенности топологии заданной области. Основную роль начинают играть не столько атрибуты ситуации, как параметры порождающей ее инфраструктуры. Особенностью предлагаемого подхода следует считать перенос смыслового контекста, который представлен допустимыми преобразованиями образа. Программная функция трансформирования связывается со слоем картографического изображения. Для заданного объекта, входящего в прецедент-оригинал, определяется область размещения. Ее граница определяется свойствами объекта. Если размер области размещения позволяет сконструировать объект соответствующего класса, этот объект создается. Оценивается достоверность результата путем применения экспертного знания о качестве объектов рассматриваемого класса. Перечисленные действия выполняются не только над геометрией пространственного объекта. Аналогично концепции образного представления геометрии используются временные и семантические атрибуты. Формирование списка угроз при заданном состоянии внешней среды составляет суть управления устойчивости. Анализируются особенности алгоритмизации процедуры трансформации образов. Приводится способ оценки достоверности трансформирования. Применение предложенного подхода перспективно для интеллектуальных систем энергоснабжения, поведение которых сложным образом зависит от факторов внешней среды.

Предлагается гибридная модель системы текстонезависимой динамической верификации пользователей информационных систем, которая основана на комплексном использовании искусственных иммунных систем и искусственных нейронных сетей. Подлежащие верификации данные текстонезависимой динамической биометрии пользователей представлены, двумя последовательностями информационных единиц фиксированного размера векторов признаков, соответствующих образам двух классов - «свой» и «чужой». Такое представление ориентировано на массово-параллельную децентрализованную обработку данных, принятую в искусственных иммунных системах. Последующая верификация пользователей обоих классов реализуется с помощью вероятностной искусственной нейронной сети, которая в признаковом пространстве вычисляет плотности вероятности концентрации информационных единиц обоих классов. В дополнение к характеристикам плотности вероятности информационных единиц используются допустимые цены ошибок 1-го и 2-го рода для образов каждого класса. Итоговый результат биометрической верификации работающего пользователя контролируется на основании текущего сравнения совокупных статистических оценок плотности вероятности и допустимой цены ошибок образов каждого из двух классов. Предлагаемый подход к верификации личности работающего пользователя позволяет предложить общую схему этой процедуры для существенно различных модальностей динамической биометрии: голоса, рукописи и клавиатурного набора. Реализация такого подхода для биометрии конкретной модальности будет несколько отличаться, но общая схема верификации может быть сохранена. Преимуществами предлагаемого подхода являются: возможность текстонезависимого анализа динамической биометрии различной модальности, произвольного объема, содержания и языка; возможность принятия верификационного решения в непрерывном режиме в темпе поступления работы пользователя; в перспективе повышать точность работы системы верификации путем увеличения размерности нейронной сети; возможность использования истории анализа результатов верификации реальных пользователей для последующей более точной настройки системы. Относительным недостатком работы является необходимость программной реализации нейронной сети большой размерности. Однако в перспективе этот недостаток быстро нивелируется с повышением производительности средств вычислительной техники.

Перспективным решением задач глобальной оптимизации являются метаэвристики, инспирированные природой, представляющие собой недетерминированные алгоритмы, исследующие пространство поиска, решений, обучающиеся в процессе поиска, не привязанные к конкретной задаче, хотя и не гарантирующие точное решений. Целью данного исследования является разработка эффективного алгоритма для решения прикладных проблем глобальной оптимизации многомерных одномодальных и мультимодальных функций, встречающихся в задачах инженерного проектирования, обработки изображений и компьютерного зрения, энергетики и энергоменеджмента, анализа данных и машинного обучения, робототехники. Для достижения этой цели в статье предлагается вычислительная модель коллективного поведения группы животных и эффективный алгоритм дифференциально-векторного движения. Модель включает разнообразные паттерны поведения в группе животных: удерживать текущую позицию; двигаться в направлении к ближайшим соседям или, наоборот, от ближайших соседей; двигаться случайным образом; конкурировать за позицию. В коллективной памяти хранится информация о местоположении доминирующих особей группы и направлении движения группы, лучшие позиции агентов с учетом механизмов конкуренции и доминирования в группе. Алгоритм был экспериментально протестирован на семи известных многомерных одномодальных и мультимодальных функциях. Результаты были сопоставлены с генетическим алгоритмом, алгоритмом роя частиц, гравитационного поиска дифференциальной эволюции. Предлагаемый алгоритм показал лучшие результаты, нежели конкурирующие алгоритмы, на всех тестовых функциях. Это объясняется лучшим балансом нового алгоритма между скоростью сходимости и диверсификацией пространства поиска решений. Проверка полученных результатов с использованием Т-критерия суммы рангов Уилкоксона для независимых выборок показала, что результаты по алгоритму являются статистически значимыми. Также проводилось сравнение с одним из наиболее эффективных алгоритмов непрерывной оптимизации BFGS - квазиньютоновским итерационным алгоритмом численной оптимизации, предназначенным для нахождения локального экстремума одномодальных функций. Результаты оказались сопоставимы для многомерных функций. Алгоритм также сравнивался с методом мультистарта в задаче глобальной оптимизации мультиэкстремальных функций и доказал свое преимущество по времени и точности найденных решений.