SCI Библиотека

Физико-математическое моделирование нестационарных обменных процессов в зоне взаимодействия разнородных вод в устьях рек пока остается проблематичным. Поэтому в работе предложена и апробирована методика оценки разнонаправленных расходов воды, тепла и солей в этой зоне по натурным данным. Для этого была разработана программа, рассчитанная на многолетние экспедиционные исследования, выполнены натурные измерения в 2017-2021 гг., разработаны алгоритм и программа расчета, выполнено апробирование методики количественной оценки составляющих обменных процессов по данным натурных исследований в 2019 г. в устье р. Черной, в зоне взаимодействия речной и распресненной воды Севастопольской бухты. В статье представлена методика и приводится пример оценки водо-, соле- и теплообмена для репрезентативной экспедиции, выполненной при средних гидрометеорологических условиях в период межени. Расчеты сделаны аналитическим методом, с помощью стандартных программ, и графическим методом, путем графической интерполяции и планиметрирования площадей. Расхождения между результатами, полученными разными методами, составляли 2-7 %, что свидетельствует о возможности применения данной методики для обработки многолетнего массива данных с достаточной точностью. Предлагаемый метод количественной оценки составляющих обменных процессов по натурным данным может быть использован в любом створе разнотипных устьев рек для балансовых расчетов, прогнозирования возможных изменений их состояния и прилегающих частей моря под влиянием природных и антропогенных факторов, а также для калибровки и верификации моделей.

Целью исследования является пространственно-временная оценка качества поверхностной воды для водоемов муниципального значения г. Тюмени в сложившихся условиях ведения городского хозяйства. По результатам оценки качества воды 16 муниципальных прудов и обводненных карьеров были разделены на группы. Отбор проб воды для проведения исследования выполнялся в период с 2018 по 2021 г., в весенние, летние и осенние даты, - всего 12 дат наблюдения. Анализируемые показатели: биохимическое потребление кислорода (БПК5), химическое потребление кислорода (ХПК), сухой остаток, Feобщ., Zn, Na, хлорид-анионы. Результаты исследования: все муниципальные водоемы г. Тюмени за время исследования имели неоднократное превышение установленных значений предельно допустимых концентраций для водных объектов рыбохозяйственного значения по трем и более показателям. Большинство муниципальных объектов отнесены в группы высокоопасных водоемов, в них фиксировалось превышение значений предельно допустимых концентраций в воде по нескольким показателям, включая тяжелый металл Zn. К группе водоемов фоновой концентрации загрязнителей отнесен обводненный карьер «Ивовый», в котором превышения зафиксированы по БПК5, ХПК и Feобщ., что характерно для тюменских природных условий. Обводненный карьер «Чистый» и пруд «На Дамбовской» отнесены к группе чрезвычайно опасных водоемов, для них характерно превышение значений ПДК в воде по всем показателям, за исключением сухого остатка. Обводненный карьер «Майский» отнесен к группе чрезвычайно опасных деградированных водоемов, так как за анализируемый временной период в нем было отмечено превышение значений ПДК в воде по всем показателям. На примере донных отложений пруда «Южный» показан частный срез соотношения содержания загрязнителей в двух точках отбора в границах муниципального водоема. По итогам исследования даны рекомендации для городских властей по проведению дифференцированного подхода к организации водопользования для водоемов из разных групп.

Проводится анализ проблемы мульти коммивояжера, которая в отличие от знаменитой задачи коммивояжера, задействует несколько коммивояжёров, которые посещают заданное количество городов ровно один раз и возвращаются в исходное положение с минимальными затратами на поездку. Задача мульти коммивояжера является важной для области оптимизации маршрутов и распределения назначений между несколькими агентами. Основной целью исследования является разработка эффективного метода решения данной проблемы, который позволит сократить время выполнения задач и оптимизировать использование ресурсов. В ходе исследования был создан инновационный метод, основанный на уменьшении размерности пространства решений. Этот метод позволяет более эффективно управлять нагрузкой и ресурсами, что в свою очередь способствует минимизации общего времени выполнения задач. Особенностью метода является его универсальность и применимость в различных сценариях, включая ситуации с разным количеством задач и коммивояжеров. Такой подход обеспечивает более широкий охват и позволяет оценить применимость метода в различных контекстах, что является важным преимуществом данного исследования. Для оценки эффективности разработанного метода было проведено сравнительное исследование с использованием классического метода решения проблемы мульти коммивояжера. Оценка результатов осуществлялась на основе трех ключевых критериев: вычислительного времени получения решения задачи мульти коммивояжера, суммарной длины пройденных маршрутов коммивояжерами и максимальной длины маршрута среди них. Анализ экспериментальных данных показал, что разработанный метод значительно превосходит классический подход по всем рассматриваемым критериям в большинстве экспериментов, так как при использовании предложенного метода среднее время расчета для задачи мульти коммивояжера уменьшается на 56% по сравнению с наилучшим известным классическим результатом, при этим средняя сумма длины пройденных маршрутов коммивояжерами соответственно уменьшается на 12% и максимальная длина пути среди пройдённых агентами маршрутов (дисбаланс нагрузки) уменьшается на 8%, что подтверждает высокую эффективность предложенного метода и перспективность для практического применения в различных сферах, где требуется оптимизация маршрутов и распределения задач между несколькими исполнителями.

Изменение климата - одна из важнейших глобальных проблем 21 века. Территория России расположена в зоне значительных наблюдаемых и прогнозируемых климатических изменений. Достижение углеродной нейтральности России к 2060 году требует разработки национальной системы мониторинга выбросов и поглощения парниковых газов. Для достижения этой цели Министерство науки и высшего образования запустило пилотную программу по созданию национальной сети углеродных полигонов. Ст. Петербургский государственный университет совместно с Главной геофизической обсерваторией имени Воейкова разработали концепцию Ладожского углеродного полигона, целью которой является изучение потенциала поглощения (или секвестрации) парниковых газов лесными экосистемами, характерными для Северо-Запада России. Развитие этого проекта предполагает создание лесной углеродной фермы (nature-based solutions). Исходя из предположения, что территории лесных массивов, ранее входившие в состав государственных сельскохозяйственных угодий Ленинградской области, могут быть использованы для создания углеродных ферм (облесение, увеличение поглощения углерода за счет изменения землепользования), была проведена оценка поглощения CO2. Для общей площади лесных углеродных ферм, равной 677,9 · 103 га, она была оценена в 3700 ± 1900 кт CO2/год или (1000 ± 520) · 106 кг/год. Показано, что поглощение CO2 такими углеродными фермами может компенсировать до 20% общего объема выбросов CO2 в Ленинградской области и не более 8% общего объема выбросов CO2 в объединенном регионе, состоящем из Ленинградской области и Санкт-Петербурга. Экономический эффект от функционирования лесных углеродных ферм может быть достигнут только в долгосрочной перспективе. При текущем уровне цен за тонну CO2 (35 долларов США/ (т CO2)), 1 гектар лесной углеродной фермы принесет доход в размере 9500 долларов США в течение 75 лет. Это определяет экономическую целесообразность создания углеродных ферм, что также обусловлено потенциалом производства на их основе углеродных единиц, которые будут либо продаваться на углеродных биржах, либо учитываться как результаты деятельности, направленной на сокращение выбросов углерода.

Информации о пожароопасных ситуациях, циркулирующей в контурах систем контроля и управления кораблём ВМФ и уровня технологий искусственного интеллекта, вполне достаточно, чтобы разработать научно-методический аппарат обнаружения пожароопасных ситуаций в корабельных помещениях, определения места их возникновения и факторов пожара, прогнозирования развития пожароопасной ситуации и разработать комплекс технологических решений с применением искусственного интеллекта для получения обоснованных рекомендаций по локализации и тушению пожаров на кораблях ВМФ. Это позволит значительно сократить время обнаружения источников возгорания, дать достоверную информацию о пожароопасной обстановке, спрогнозировать развитие пожара в корабельных помещениях и оперативно организовать борьбу с корабельным пожаром до возникновения критических пожароопасных факторов и ущерба кораблю, здоровью и жизни личного состава. Технологии искусственного интеллекта являются эффективным средством решения сложных плохо формализуемых задач. К этому классу традиционно относятся задачи классификации, кластеризации, аппроксимации многомерных отображений, прогнозирования временных рядов, нелинейной фильтрации, управления сложными технологическими объектами. Анализ пожарной опасности технологических процессов, работы корабельных систем и технических средств показал, что одним из наиболее перспективных путей разрешения системного противоречия в обеспечении пожарной безопасности является использование технологий искусственного интеллекта. Необходимость разработки интеллектуальных систем обеспеченья живучести на кораблях ВМФ обусловлена необходимостью повышения эффективности руководства при борьбе за живучесть в ряде аварий и катастроф. Описаны примеры влияния различных факторов на ведение борьбы за живучесть при возникновении аварий. Определена роль интеллектуальных систем обеспеченья живучести в составе систем кораблей и судов. Обоснована необходимость внедрения таких систем. Разрабатываемые в настоящее время интеллектуальные системы обеспечения живучести на кораблях ВМФ призваны оказывать помощь командному составу кораблей и судов в своевременности и обоснованности принятия решений, что позволит повысить эффективность борьбы за живучесть.

Основным способом решения задач планирования и управления движением является использование интеллектуальных технологий. При этом интеллектуальные технологии применяются для решения задач постановки и корректировки целей управления и программы действий по реализации этих целей, а также для формирования алгоритма управления в условиях неопределенности, обусловленной различными факторами, в исполнительных элементах, подсистеме управления движением, подсистеме планирования и поведения. Данная работа посвящена актуальной проблеме математического моделирования и теории управления: задаче децентрализованного управления мультиагентной системой, состоящей из агентов, моделирующих поведение автономных роботов, с целью обеспечения движения группы роботов, развернутых в линию и в строю типа «конвой». В работе рассматриваются результаты исследований в сфере управления группой беспилотных летательных аппаратов, определены типы задач, которые могут выполняться группой воздушных роботов, выделены основные стратегии управления и их особенности. Сформированы общие позиции, необходимые для разработки детализированного алгоритма группового управления. Каждый робот должен ориентироваться в пространстве автономно без GPS по сигналам с собственной камеры или лидара (активного дальномера) определять помехи, выстраивать оптимальные пути движения и принимать решения, направленные на достижения цели и выполнения задачи. Управление осуществляется с помощью алгоритма альтернативной коллективной адаптации, основанного на идеях коллективного поведения объектов адаптации. Для реализации механизма адаптации параметрам вектора сопоставляются автоматы адаптации, моделирующие поведение объектов адаптации в среде. Разработана структура процесса альтернативной коллективной адаптации, под управлением которой осуществляется передвижение группы роботов в строю.

В настоящее время в навигационных системах робото-технических комплексов (РТК) используют разнородные датчики первичной информации, которые могут обеспечивать избыточность навигационных данных. Это позволяет повысить точность вычисления параметров движения, а так же позволяет определять их с большей надёжностью при условии выхода из строя одного или нескольких датчиков. В работе дан обзор и приводится классификация низкоуровневых математических методов обработки переопределённых параметров состояния систем навигации РТК. Отмечается, что задача комплексирования является подобластью задачи идентификации систем и поэтому имеет общие с ней подходы к построению решения. В подавляющем большинстве методов, построенных на оптимизационном подходе, в качестве критерия оптимальности используется квадратичная функция ошибок. Все математические методы объединения (комплексной обработки или комплексирования) каких-либо данных разделяют на низко-, средне- и высокоуровневые. В системах навигации наибольшее применение имеют низкоуровневые методы, такие как рекурсивные, нерекурсивные и методы на основе ковариаций. Нерекурсивные методы редко используются напрямую. Рекурсивные, как правило, построены по схеме фильтра Калмана. Не все методы устойчивы к негауссовости и корреляционной зависимости исходных данных, что часто встречается в системах навигации с переопределёнными данными. Кроме того, не все методы могут использоваться для решения проблемы релевантности данных, поступающих от навигационных приборов. Отмечается, что для методов комплексирования ключевым является подход объединения данных в информационном пространстве, понимаемом, как обратное к ковариационному, поскольку подавляющая часть методов, включая байесовские, сводятся к нему. В связи с этим, наибольший интерес представляют методы на основе ковариаций. Однако, для решения проблемы релевантности данных в системах навигации, являющихся системами реального времени, существующие методы плохо приспособлены, поскольку требуют при каждом такте объединения данных решения трудоёмкой в вычислительном плане оптимизационной задачи. Таким образом, существует проблема разработки новых подходов к решению этой задачи.

В статье предпринята попытка регионального измерения социокультурной модернизации населения на основе полевых наблюдений и результатов глубинных интервью с местным населением в Узбекистане и Южной Киргизии. Маршрут экспедиционных исследований: Ош - Коканд - Ташкент - Самарканд - Бухара. Для регионального измерения модернизации населения использовались следующие группы индикаторов: «характеристики культурного ландшафта» (например, планировка населенных пунктов, обустройство дома и пространства, землепользование и т. д.) и «социальный портрет местных жителей» (например, одежда, предпочтения в еде, поведение в пространстве, бюджет времени и установки населения). Выявлено, что наиболее консервативное и традиционное население проживает в регионах Ферганской долины, менее модернизированное - в Оше, Самарканде и Бухаре, наиболее модернизированное население - в Ташкенте, Чирчике и Ангрене. Обнаружено, что региональные различия в социокультурной модернизации населения соотносятся с основными положениями центр-периферийной модели. Отклонения от нее определяются характером расселения, этнической структурой населения, вовлеченностью населения в трудовые миграции, мерой центральности, абсолютной высотой населенного пункта над уровнем моря, и т. д. Так, внутригородское деление большей части городов на махалля способствует сохранению традиционной общины на востоке и выступает барьером для социокультурной модернизации населения. В заключительной части статьи обозначены национальные черты социокультурной модернизации населения изученных стран (например, высокая устойчивость национальной социокультурной традиции, разнонаправленность модернизационных процессов), а также даны краткие рекомендации по использованию результатов исследования при управлении социально-экономическим развитием разных регионов.

В России исследования баланса миграции для городов разных размеров, в  том числе за достаточно продолжительный временной период, показали, что после перелома в  1990-х годах восстановилась привычная роль крупных городов как основных магнитов для миграции (Нефедова и Трейвиш, 2010; Махрова и Кириллов, 2014). Взаимосвязь динамики населения крупных городов и их пригородов отмечалась в позднем СССР (Хорев, 1980), однако изучение пригородов долгое время практически не велось и  поначалу проявлялось в  исследовании коттеджных поселков (Махрова, 2008) и сезонной субурбанизации в Московской области (Махрова и др., 2008). Сравнительно недавно этой тематикой заинтересовались в других регионах, наиболее известны работы по Улан-Удэ (Бреславский, 2014) и Иркутску (Григоричев, 2016) (подробный обзор исследований представлен в (Бреславский, 2020)). Отдельно стоит отметить работы с использованием данных сотовых операторов (Махрова и  Бабкин, 2018; 2019), выполненные для Москвы и  Московской области, которые дают представление о  конфигурации пространства пригородов Москвы с точки зрения регулярных трудовых поездок, недельной и сезонной пульсации. 

Статья посвящена решению актуальной проблемы покрытия территории при помощи беспилотных летательных аппаратов (БЛА) с использованием мобильных зарядных станций. Современные практические задачи покрытия территории требуют одновременного участия нескольких БЛА с целью оптимизации временных затрат в ходе миссии. Другим ограничивающим фактором в контексте охвата территории с использованием БЛА является длительность автономной работы этих систем. Из-за ограниченной дальности полета на одном заряде батареи может возникнуть необходимость в использовании зарядных станций для завершения миссии охвата. Статичные зарядные станции позволяют зарядить аккумуляторы БЛА, однако это приводит к прерыванию миссии и увеличивает время, необходимое для завершения охвата. При использовании статичных зарядных станций важно так же правильно выбрать их местоположение, учитывая доступные места для установки. При этом сам процесс установки зарядных станций требует времени, что делает их использование нецелесообразным в миссиях, где покрытие территории нужно осуществить в кратчайшие сроки, например, при спасательных или поисковых операциях. Мобильные зарядные станции, которые способны перемещаться по территории для оптимизации процесса заряда или замены аккумуляторов БЛА лишены этих недостатков. Возникает задача планирования траекторий движения не только для БЛА, но и мобильной зарядной станции. При совместном планировании движения повышается эффективность охвата, но одновременно возрастает и вычислительная сложность при поиске траекторий. В настоящей статье решается задача эффективного покрытия территории с использованием нескольких БЛА и мобильной зарядной станции при помощи генетического алгоритма. Для адаптации задачи к использованию генетического алгоритма предлагается и обосновывается способ формирования хромосомы, которая корректно отражает решение задачи и позволяет закодировать траектории движения БЛА, мобильной зарядной станции, а также учитывает время и место проведения подзарядки или замены аккумулятора БЛА. Для исследования предложенного алгоритма разработано программное обеспечение на языке программирования Python. Адекватность предложенного подхода подтверждена результатами моделирования.