Аннотации номера

ФОТОНИКА И ОПТОИНФОРМАТИКА

567
Предмет исследования. Приведены результаты исследования влияния распределения цезия по стенкам газовой ячейки квантового датчика вращения на ширину и амплитуду параметрического резонанса в цезии. Методы. Теоретические и экспериментальные исследования выполнены с использованием математической модели и макета квантового датчика вращения, а также лабораторного стенда для исследования параметров газовой ячейки. Математическая модель применялась для расчета теоретического значения скорости релаксации цезия при различных температурах и последующего сопоставления этих данных с экспериментальными. Для экспериментального определения скорости релаксации цезия использовались данные о ширине параметрического резонанса в цезии, полученные на макете квантового датчика вращения. Исследования оптических свойств ячейки осуществлялись на лабораторном стенде в нерезонансном свете. В качестве источника нерезонансного света использован лазер с вертикальным излучателем, аналогичный применяемым в квантовом датчике вращения, отстроенный от номинальной длины волны. На лабораторном стенде определена оптимальная отстройка частоты оптического излучения от резонанса цезия, позволяющая снизить зависимость результатов измерений от температуры ячейки. Осуществлен подбор оптимальных параметров лазерного излучения, при которых лазер работает в штатном режиме, и отсутствуют колебания его мощности и поляризации. Основные результаты. В результате исследований показано, что нежелательное перераспределение цезия по газовой ячейке приводит к изменению прозрачности оптических каналов, что вызывает ухудшение отношения сигнал–шум и снижение фактора качества резонансной линии. Также показано, что уширение цезиевого резонанса вследствие оседания паров цезия на стенках газовой ячейки незначительно и находится на уровне погрешности измерений. Практическая значимость. Предложен и апробирован метод контроля интенсивности нерезонансного света лазерного излучателя после прохождения ячейки, позволяющий оперативно контролировать состояние каналов оптической накачки и детектирования макета квантового датчика вращения.

ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

574
Предмет исследования. Исследована проблема осуществления буксировки сейсмических кос при проведении морских геологоразведочных работ. Представлена классификация возникающих при осуществлении буксировки механических шумовых воздействий. Выполнен обзор основных технических решений для борьбы с каждым видом таких воздействий. Метод. Предложена методика расчета параметров эластичных секций для подавления шумовых воздействий, требующая учета уровня натяжения буксируемого тела. Показана возможность и перспективы применения для этой цели волоконно-оптической тензометрической системы на основе записанных в телекоммуникационном оптическом волокне SMF-28 стандарта G.657.A1 решеток Брэгга с частотой опроса 5 кГц непосредственно в составе конструкции волоконно-оптической сейсмической косы. Основные результаты. Приведены экспериментальные данные исследования прототипа такой системы. При относительном удлинении балки, равном сопротивлению изгиба в диапазоне до 1030 мкм/м, достигнута средняя чувствительность 0,68 пм/(мкм/м), разброс значений составил ±1пм. Показано, что работа самих волоконных решеток Брэгга носит практически безинерционный характер. Время срабатывания и динамический диапазон по амплитуде воздействия датчика в большей степени определяется свойствами металлических балок и оснастки, в которых фиксируются оптические волокна. Практическая значимость. Применение метода представляет возможность построения безразрывного буксируемого тела. Показаны возможности расчета параметров эластичных секций под конкретные условия проведения геологоразведочных работ и непрерывного мониторинга состояния буксируемого тела. Появляется возможность контроля качества регистрируемых сейсмических данных и частичной компенсации нежелательных воздействий при обработке сигналов. Предлагаемые мероприятия позволяют значительно увеличить точность и достоверность получаемой геологической информации.
СРАВНЕНИЕ МЕТОДИК РАСЧЕТА ВТОРИЧНОЙ СТРУКТУРЫ БЕЛКОВ НА ОСНОВЕ ДЕКОНВОЛЮЦИИ ИНФРАКРАСНЫХ СПЕКТРОВ
Усольцев Д. А., Ситникова В. Е., Носенко Т. Н., Олехнович Р. О., Успенская М. В.
586
Предмет исследования. Проведено сравнение двух различных спектроскопических методик количественного определения компонентов вторичной структуры двух глобулярных белков, имеющих разную вторичную структуру – человеческий сывороточный альбумин и свиной трипсин. Проанализирована вариативность и воспроизводимость каждой из методик. Метод. Вторичная структура белков определена с помощью двух распространенных спектроскопических методик количественной оценки вторичной структуры белков – деконволюции контура полосы поглощения амид I в инфракрасном спектре и деконволюция второй производной инфракрасного спектра в области частот амида I. Для данных методик использованы спектры после вычитания спектра растворителя из спектра раствора белка. Основные результаты. Сравнение двух спектроскопических методик показывает, что деконволюция второй производной инфракрасного спектра белков дает большую воспроизводимость по компонентам вторичной структуры при независимых экспериментах по сравнению с разложением спектра в диапазоне полосы поглощения амид I как для альбумина, так и для трипсина. Величина коэффициента вариации при деконволюции второй производной также имеет малую величину, следовательно, метод второй производной дает более точное определение вторичной структуры белков в отличие от разложения контура полосы амид I. Полученные результаты деконволюции второй производной лучше согласуются с расчетными методами и рентгеноструктурным анализом. Практическая значимость. Полученные экспериментальные результаты по сравнению с результатами разных методик количественного определения вторичной структуры белков позволяют выбрать наиболее точную методику расчета, которая, помимо оценки содержания белковых вторичных структур, также может предоставить информацию о структурной стабильности и динамике белка в различных средах.
АВТОМАТИЗАЦИЯ СИНТЕЗА АТЕРМАЛИЗОВАННОГО СКЛЕЕННОГО КОМПОНЕНТА 
Иванова Т. В., Романова Г. Э., Жукова Т. И., Калинкина О. С.
594
Предмет исследования. Рассмотрены вопросы автоматизации синтеза и анализа склеенного компонента с учетом возможностей ахроматизации и одновременной пассивной атермализации. Представлен алгоритм такой автоматизации и приведен пример разработки склеенного компонента с использованием этого алгоритма. Методы. Синтез компонента с учетом ахроматизации заключается в подборе пары стекол и вычислении радиусов кривизны для системы двух бесконечно тонких склеенных линз, обладающей заданными значениями трех параметров, определяющих сферическую аберрацию третьего порядка P, кому третьего порядка W и хроматическую аберрацию C по методике Слюсарева. Пассивная атермализация осуществляется при помощи метода номограмм. В отличие от традиционного визуального подбора пары стекол производится вычисление величины, позволяющей оценить термооптические свойства системы и вывод ее в сводную таблицу. Основные результаты. Разработанный алгоритм позволяет распространить модульный принцип проектирования, который обычно применяется для аберрационных расчетов, также и на расчет терморасфокусировки, так как в процессе автоматизированного расчета оценивается и то, и другое. Приведен пример, демонстрирующий достиже- ния величины расфокусировки меньше дифракционной глубины резкости. Практическая значимость. Разработанный алгоритм позволяет упростить и ускорить для проектировщика этап подбора материалов при предварительном расчете склеенного из двух линз компонента, оценить баланс аберраций в целом, поведение рассчитанного компонента при изменениях температуры, а также выполнить сравнительный анализ нескольких близких вариантов системы.
602
При разработке алгоритмов цветной оптической корреляционно-экстремальной системы навигации беспилотных летательных аппаратов появилась потребность в спектральной математической модели цифрового цветного фотоаппарата как оптико-электронного устройства. Модель включает относительную спектральную чувствительность фотоаппарата по трем цветовым каналам («красному», «зеленому» и «синему») и калибровочную модель накопления заряда фото- чувствительной ячейкой. Обе они были успешно разработаны, а их описания опубликованы ранее. В настоящей статье описываются результаты экспериментальной проверки совокупности этих составляющих математической модели прибора на соответствие требованиям, выдвигаемым к системам обработки изображений в оптических корреляционно-экстремальных системах навигации (аддитивная погрешность менее 15–20 % динамического диапазона измерений), т.е. ее валидации. В ходе эксперимента собрана выборка из спектрограмм излучения 24 эталонных объектов, а также в неизменных условиях освещения сделан их фотоснимок исследуемым фотоаппаратом. Приведенные к линейному масштабу с помощью радиометрической калибровочной модели и усредненные для каждого объекта декодированные цветовые координаты «сырой» информации фотоснимка использовались в качестве достоверных данных, формируемых фотоаппаратом, а результат преобразования полученных спектрограмм функцией спектральной чувствительности — как выходные значения его математической модели. В качестве метрики качества математической модели был использован коэффициент детерминации R2, значение которого составило 0,98 в наихудшем случае («синий» цветовой канал), а распределение аддитивной погрешности оказалось близким к нормальному. Это позволяет сделать вывод о том, что модель объясняет изменчивость данных настолько достоверно, насколько это возможно в условиях воздействия случайных факторов и с использованием одной независимой переменной. Средняя аддитивная погрешность в единичном динамическом диапазоне измерений составила –0,014 со стандартным отклонением 0,029. Такие параметры удовлетворяют выдвигаемым требованиям, из чего делается вывод об успешной валидации разрабатываемой математической модели. Благодаря разработанной модели становится возможной цветокоррекция текущих изображений сообразно спектральному составу освещения в момент съемки, а также синтез изображений объектов на готовых эталонных фотоснимках местности. Дополнение ее спектральными характеристиками поглощения и рассеяния излучения атмосферой позволит провести оценку влияния этих факторов на формирование изображений цветных оптических корреляционно-экстремальных навигационных систем.
608
Предмет исследования. Проведено исследование влияния оптического эффекта близости, известного из традиционной фотолитографии, на качество изображений, восстанавливаемых с помощью синтезированных рельефно-фазовых отра- жательных голограмм-проекторов Френеля. Метод. Исследование выполнено путем математического моделирования реальных физических процессов синтеза и восстановления в виртуальном пространстве голограмм бинарных транспа- рантов различной структуры. Каждый из транспарантов рассмотрен в двух вариантах: в первом он освещался синфаз- но, а во втором излучение, падающее на его соседние элементы, было в противофазе. Проведено сравнение качества восстановленных изображений. Критерий качества восстановленного изображения выражен через число градаций при пороговой обработке этого изображения, при котором распределение интенсивности в восстановленном изображении было бы идентично распределению интенсивности в исходном объекте. Основные результаты. Установлено, что при восстановлении изображений с помощью синтезированных голограмм метод фазовой компенсации эффекта близости положительно влияет на разрешение в восстановленном изображении. Наиболее явно эффект близости проявляется при расстояниях между элементами объектов-транспарантов, не превышающих один пиксель вне зависимости от размера самого пиксела и структуры применяемого объекта-фотошаблона. Практическая значимость. Даны рекомендации по практическому применению метода компенсации эффекта близости для улучшения качества изображений, получаемых методом голографической фотолитографии.
614
Предмет исследования. Исследованы существующие методики автоматизированного контроля печатных плат. Предложено несколько альтернативных способов: представлены три подхода к реконструкции формы и внутренней структуры объекта. Метод. На этапе разработки за объект исследования взяты 22 рентгеновских снимка металлического винта, снятые с шагом в 7°, также одномерные и двухмерные массивы данных. Все представленные в работе методы реконструкции трехмерной формы и структуры объекта основаны на визуализации объекта исследования. Полученные цифровые снимки обрабатываются с помощью методов вычислительной томографии. Их суть заключается в применении специально разработанных алгоритмов реконструкции внутренней структуры объекта по проекционным данным — цифровым снимкам объекта. Первый метод основывается на преобразованиях Радона, реализованных посредством функции специальной библиотеки (среда MATLAB). Второй метод получения формы и структуры объекта заключается в математической обработке пиксельных данных цифрового изображения в среде MATLAB. В третьем методе, по аналогии со вторым, за основу взята обработка пиксельных данных цифрового изображения, реализованная в программе на языке программирования Си. Основные результаты. Проведено сравнительное исследование всех трех методов. Получена необработанная реконструкция срезов объекта «винт» с массивом данных размерностью 400 × 400 пикселей. Показано, что наиболее универсальным и удобным для дальнейшей разработки является метод с использованием перебора пик- сельных данных рентгеновского изображения с использованием специализированной программы, реализованной на языке программирования Си. Практическая значимость. Результаты работы могут быть полезны для специалистов, занимающихся методами неразрушающего рентгеновского контроля, в том числе при изготовлении печатных плат.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ И РОБОТОТЕХНИКА

622
Предмет исследования. Предложен метод локализации мобильного робота с использованием фильтра частиц (метода Монте-Карло), основанный на компьютерном зрении. Алгоритм локализации использует отличительные ориентиры, которые понятны человеку. Семантическая информация используется в модели движения с данными о дальности и без них. Метод. Принцип работы модифицированного алгоритма локализации заключается в использовании семантических подсказок высокого уровня. Вместо выдавливания плана этажа в третье измерение производится свертка трехмерного мира в двухмерное представление и выборка дискриминационных ориентиров высокого уровня. Этот подход используется для представления глобальной локализации, которая опирается исключительно на семантические метки, присутству- ющие в плане этажа и извлеченные из изображений RGB. Основные результаты. В работе продемонстрировано, что локализация с сегментацией объектов, основанная на отличительных ориентирах, является эффективной альтернативой традиционному сканированию. Исследование производится в наборе данных плана этажа, а также проводится сравнение нескольких подходов с точки зрения качественной и количественной оценки локализации на уровне комнаты и глобальной локализации. Продемонстрировано, что семантическая информация дополняет современные методы, обеспечивая снижение ошибок до 35 %. Практическая значимость. Представлена новая структура восприятия и локализации, которая использует семантические данные и информацию о расстояниях. Новая платформа может быть использована для локализации как превосходящая традиционные алгоритмы, основанные на методе Монте-Карло.

НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

СИНТЕЗ СЛАБОАГЛОМЕРИРОВАННЫХ НАНОПОРОШКОВ YAG:Yb ДЛЯ ПРОЗРАЧНОЙ КЕРАМИКИ МЕТОДОМ ОБРАТНОГО СООСАЖДЕНИЯ ИЗ ХЛОРИДОВ
Никова М. С., Чикулина И. С., Кравцов А. А., Тарала В. А., Малявин Ф. Ф., Евтушенко Е. А., Тарала Л. В., Вакалов Д. С., Кулешов Д. С., Лапин В. А., Медяник Е. В., Зырянов В. С.
630
Предмет исследования. Исследовано влияние сульфата аммония, введенного на различных стадиях получения керамических порошков на содержание примесей, морфологию и степень агломерации порошков оксигидратов и керамических порошков. Метод. Синтез порошков-прекурсоров осуществлялся методом обратного гетерофазного осаждения из хлоридов способом распыления. Синхронный термический анализ порошков оксигидратов проводился методами дифференциально-сканирующей калориметрии и термогравиметрии. Содержание примесей хлора и серы в порошках оксигидратов и керамических порошках определялось методом энергодисперсионного анализа элементного состава. Морфология экспериментальных образцов оценивалась по данным растровой электронной микроскопии. Определение величины степени агломерации керамических порошков выполнено с применением методов рентгенофазового анализа и газовой адсорбции Брунауэра, Эммета и Теллера. Основные результаты. Показан положительный эффект применения сульфата аммония сразу на нескольких стадиях получения керамического порошка: химическое соосаждение, отмывка, дезагрегация. С применением усовершенствованной методики синтеза получены малоагломерированные (степень агломерации менее 10) нанопорошки с удельной площадью поверхностью 12,4 м2/г. Практическая значимость. Получены образцы оптической керамики со светопропусканием в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне более 80 % без учета полос поглощения иттербия.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

641
Предмет исследования. При машинном обучении вероятностных графических моделей нередки ситуации, в которых одному объекту оказываются сопоставлены две или более модели, обученные на различных, но пересекающихся наборах данных. Предметом данного исследования является операция слияния таких моделей, представленных фрагментами знаний алгебраической байесовской сети. Целью данного исследования является описание и формализация способов слияния алгебраических байесовских сетей, представленных в виде фрагментов знаний. Метод. Построены модели слияния, семантика которых четко эксплицируется предположениями о соотношении вероятностных семантик рассма- триваемых фрагментов знаний. Основные результаты. Определены и систематизированы способы слияния фрагментов знаний, при которых не происходит генерации новых элементов сети. Приведено и доказано утверждение о числе атомов в получаемой сети и теорема о сложности поддержания ее интернальной непротиворечивости. Продемонстрирован пример слияния двух сетей на выборке с шумом. При этом для проведения компаративного анализа теоретическое распределение выборки задано, а сама выборка генерируется методом Монте-Карло. Практическая значимость. Предложенные в исследовании способы слияния алгебраических байесовских сетей могут найти применение при работе с двумя или более обученными сетями, описывающими различные свойства одного объекта. Использование данных способов позволит построить, агрегирующую все данные об исследуемом объекте, оказавшиеся доступными, в комплексную сеть и проводить в ней операции логико-вероятностного вывода.
650
Предмет исследования. Представлена методика формирования и функционирования электронного делопроизводства, которая может быть использована для формирования электронных дел в системах электронного открытого и закрытого документооборота. Задача автоматизированного формирования электронных дел в системах открытого и закрытого электронного делопроизводства решается с использованием области знаний, создаваемой на основе номенклатуры дел, книг и журналов на текущий год, формируемой на основании перечня документов со сроками их хранения. Метод. В работе применен математический аппарат теории графов и логики высказываний (предикатов) в предметной области формирования и функционирования электронного делопроизводства. Процедура формирования электронных дел в системе электронного делопроизводства производится путем направления исполнителями отработанных документов согласно признакам, ставящим в соответствие конкретный электронный документ конкретному электронному делу. Основные результаты. Техническим результатом является автоматизация процедуры формирования и заведения новых электронных дел. Для достижения технического результата учитывают области знаний, формируемых при разработке номенклатур дел, книг и журналов в организации. Для этого создается признаковое пространство с использованием элементов теории графов и логики высказываний (предикатов), характеризующие документы, а также соответствующее конкретному делу, согласно номенклатуре, дел, книг и журналов. По результатам распределения производятся соответствующие отметки в формах учета электронных документов и формируются реквизиты, после чего производится приобщение электронного документа к электронному делу. В рамках методики построено дерево выбора электронного дела для приобщения электронного документа. Разработан алгоритм автоматизированного формирования электронного дела, который доведен до программной реализации. Практическая значимость. Практическая значимость заключается в минимизации срока распределения исполненных электронных документов исполнителями в электронные дела, которая осуществляется через автоматическое формирование электронных дел по заданным критериям и подготовки их к направлению в электронный архив.
657
Предмет исследования. Представлен анализ ключевых направлений развития цифровой энергетики и интеллектуальных электрических сетей на текущий момент и на перспективу ближайших 10 лет. Произведен обзор современных программно-аппаратных решений для реализации интегрированных информационных систем управления передачей и распределением электроэнергии в России и мире. Выполнен обзор международных тенденции цифровизации энергосетей и энергорынков. Проанализирован опыт внедрения интеллектуальных цифровых решений на площадках крупных электросетевых компаний. Выполнена экспертная оценка результатов внедрения интегрированных информационных систем управления на объектах Единой энергосистемы России. Метод. Сравнительный анализ концепций цифровизации отечественных и зарубежных электросетевых компаний позволил выделить потенциальные точки роста российской энергетики на перспективу 5–10 лет. Финансовый анализ динамики инвестиций в инфраструктуру промышленного интернета вещей на глобальном и российском рынках указывает на рост внедрения цифровых технологий не только в энергетике, но и здравоохранении, добыче полезных ископаемых, промышленном производстве и в сельском хозяйстве. Экспертная оценка результатов опытной эксплуатации проектов цифровой энергетики в разных странах мира расширяет круг технологических инноваций в электроэнергетике. Основные результаты. Сопоставлены экосистемы поставщиков пакетных продуктов для цифровой энергетики из разных стран мира в разрезе предлагаемых решений по направлениям: цифровые платформы, аналитические сервисы, системы геолокации, мониторинг, транспорт, телеметрия. Произведен сравнительный анализ функциональности цифровых платформ для умной энергетики крупнейших мировых и отечественных высокотехнологичных компаний. Практическая значимость. Структурирован опыт применения технологий цифровой трансформации для задач электросетевых компаний. Оценен уровень готовности электросетевых предприятий к реализации проектов цифровой энергетики на текущий момент и ближайшие 3 года в России. Проведенный анализ указывает на большую открытость энергетических компаний к новым технологиям промышленного интернета вещей на фоне усиления тренда цифровизации экономики страны в целом. Отмечен рост интереса к коробочным решениям и программным продуктам российской разработки.
673
Предмет исследования. Обеспечение отказоустойчивости шлюзов в компьютерных сетях с использованием семейства протоколов FHRP. Дано описание протоколов FHRP и среды моделирования компьютерных сетей OMNeT++. Показан процесс создания имитационной модели в среде OMNeT++ с использованием библиотеки ANSA-INET. Приведено детальное описание алгоритма работы протокола HSRP и описание возможностей его исследования и изучения путем моделирования в среде OMNeT++. Цель работы. Исследование процесса построения моделей компьютерных сетей с отказоустойчивым шлюзом в среде OMNeT++ на примере протокола HSRP. Метод. Предлагаемый подход к изучению протоколов обеспечения отказоустойчивости шлюза в компьютерных сетях основан на проведении имитационных экспериментов в среде моделирования. Показаны возможности в разработке компьютерных сетей, работающих на базе протоколов семейства FHRP, в среде OMNeT++ при использовании фреймворка ANSA-INET, содержащим большую библиотеку готовых сетевых моделей, компонентов и реализаций протоколов. Дано краткое описание процесса создания модели и основных возможностей фреймворка ANSA-INET в части моделирования протоколов обеспечения отказоустойчивости шлюзов. Основные результаты. Разработана модель компьютерной сети с кластером маршрутизаторов, на каждом из которых запущен протокол HSRP, который позволяет выполнять резервирование маршрутизатора, являющегося шлюзом в сети. Разработана модель компьютерной сети с отказоустойчивым шлюзом. Представлена методика разработки моделей компьютерных сетей, использующих протоколы семейства FHRP для реализации механизма отказоустойчивого шлюза. Описаны основные этапы разработки модели и ее исполнения. Практическая значимость. Представленные в данной работе результаты могут быть использованы при построении надежных компьютерных сетей, обеспечивающих бесперебойную работу при отказе сетевого шлюза. Описанные в данной работе инструментарий и алгоритм создания моделей позволяют проводить исследования отказоустойчивости шлюзов компьютерных сетей, а также строить системы автоматизированного проектирования надежных компьютерных сетей.
680
Предмет исследования. Выполнено исследование в области разработки пользовательского интерфейса прикладного программного обеспечения с использованием элементов искусственного интеллекта. Создана методика разработки интерфейсов адаптивного прикладного программирования, основанная на оценке профессиональных качеств пользователя, психофизиологических особенностей и эмоционального состояния. Программная система разработана и реализована с возможностью выбора интерфейса прикладного программирования с учетом аудитории пользователей и конкретного состояния пользователя. Проведен анализ работ, посвященных данной проблеме, в результате выявлено, что при построении модели пользователя и прототипа интерфейса авторы ограничиваются оценкой умения работы на компьютере и знанием предметной области, но не принимается во внимание эмоциональное состояние и психофизиологические особенности пользователя. Метод. Для реализации аналитической части программной системы использована нечеткая экспертная система, ядром которой является продукционная модель представления знаний. На предварительном этапе сформирована группа экспертов и реализовано ранжирование характеристик пользователей. В результате разработана база правил продукционной модели экспертной системы, которая позволяет на основе результатов оценки характеристик пользователей и их эмоционального состояния подобрать наиболее подходящий прототип шаблона интерфейса. Основные результаты. Применение методов искусственного интеллекта позволяет на более высоком качественном уровне проектировать пользовательские интерфейсы. Реализованный адаптивный интерфейс обеспечивает удобное взаимодействие пользователя с программной системой и позволяет сократить число ошибочных действий, возникающих при работе специалистов. Практическая значимость. Разработанная программная система проектирования адаптивных пользовательских интерфейсов может быть использована при проектировании прикладного программного обеспечения в различных сферах деятельности для широкой пользовательской аудитории.
689
Предмет исследования. Рассмотрен процесс изучения иностранного языка, основанный на методе интервального повторения, а также проблемы, возникающие при его использовании. Описаны существующие распространенные программы и онлайн-сервисы, базирующиеся на данном подходе. Выделены их преимущества и недостатки. Метод. На основе активности пользователя в сети интернет инициализируется расчет приоритета слов из персонального словаря. Для каждого пользователя рассчитываются две очереди: очередь слов на повторение и очередь слов на изучение. Расчет приоритета слов в очереди на повторение и интервалов между словами выполняется по модифицированной формуле метода SuperMemo, где фактор запоминания может принимать только определенные значения. Основные результаты. Предложен метод модификации последовательности интервального повторения, основанный на активности пользователя в сети интернет. Данный метод позволяет нивелировать недостатки современных онлайн-сервисов изучения иностранных языков, ускорить изучение иностранного языка, автоматически выявляя актуальные слова для изучения и исключая из обучающих тренировок уже знакомые слова. Одним из важнейших отличий предложенного метода является преодоление изолированности современных онлайн-сервисов изучения языка. На основании представленного метода разработаны сервер приложений и расширение для браузера. Практическая значимость. Предложенный метод может быть также использован в других областях, где деятельность человека связана с необходимостью запоминания большого числа новых терминов.
697
Представлены результаты проектирования интерактивного устройства, специально разработанного для обзора достопримечательностей на примере г. Санкт-Петербурга. Теоретически описана функциональность подобного устройства. Разработано интерактивное окно, которое позволяет отображать информацию об основных видимых памятниках по запросу клиента. Выполнен сбор и анализ информации от 81 запроса пользователей с помощью метода «Voice of the Customer (VoC)». Разработана модель интерактивного устройства, включающего сенсорный датчик и датчик положения прицела, стекло и прозрачный экран. В процессе проектирования предложен способ взаимодействия с устройством. Видя на экране интересующий его памятник, пользователь выбирает его прикосновением пальца. Спроектированное устройство выполняет ряд функций: вывод изображений на прозрачный экран, определение того, на какую достопримечательность указывает пользователь, и управление камерой. Экран работает в трех режимах. С помощью первого режима осуществляется отображение снимков достопримечательностей и информации о городских ориентирах по запросу на разных языках. Второй режим предоставляет полный обзор достопримечательностей в натуральную величину, чтобы пользователь имел возможность рассмотреть как можно больше деталей и сделать несколько снимков, доступных для скачивания. Третий режим предоставляет пользователю краткое сообщение с информацией о достопримечательности, которое можно прикрепить к фотографиям. Тестирование показало, что прозрачные экраны могут быть востребованы среди крупных производителей. Исследование может стать основой для более сложных работ по изучению интерактивного взаимодействия.
704
Представлен обзор методов распознавания образов в различного рода экспертных системах принятия решений. В контексте этой проблемы исследованы методы распознавания визуальных образов. Значимость предлагаемого исследования состоит в том, что практически во всех сферах жизнедеятельности и производства компьютер обрабатывает огромные массивы информации с большой скоростью, используя определенные алгоритмы, однако люди в любом случае должны участвовать в принятии решений. Распознавание образов в различных процессах позволяет достичь максимального производственного результата. Показано, что внедрение нейронных сетей в производственные процессы позволяет максимально оптимизировать производство. Учитывая то, что для искусственного интеллекта основной задачей является построение определенных информационных систем, обладающих эффективным уровнем решений различного рода нестандартных задач, нейронные сети предоставляют возможность распознавания образов в различных системах принятия решений. Предметом исследования являются методы распознавания образов в системах принятия решений. Продемонстрирована возможность распознавания образов в подобных системах. Показано, что разнообразие и сложность задач распознавания не дают возможности реализовать один универсальный подход к решению. Предложена модифицированная классификация подходов к распознаванию образов, а также внедрение нейронных сетей в производственный процесс в Публичное акционерное общество «Камаз».
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С УСТРОЙСТВАМИ ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГОЛОСОВОГО ИНТЕРФЕЙСА 
Шматков В. Н., Бонковски П. ., Медведев Д. С., Корзухин С. В., Голендухин Д. В., Спыну С. Ф., Муромцев Д. И.
714
Предмет исследования. Рассмотрены современные наиболее популярные голосовые ассистенты для управления устройствами интернета вещей, представленные на рынке, такие как Google Cloud Speech-to-Text, Amazon Transcribe, IBM Speech to Text, Yandex SpeechKit. Выявлены их достоинства и недостатки. Для работы голосовых ассистентов необходимо подключение к сети Интернет с целью обработки получаемых данных в «облаке», а также для синхронизации и управления устройствами пользователя. Большой практический интерес могут представлять голосовые ассистенты, которым не требуется наличие подключения к сети Интернет. Метод. В данной статье предложена модель организации локального (без использования сети Интернет) распознавания речи с использованием мобильных устройств. В качестве системы распознавания спонтанной речи используется программное обеспечение CMU Sphinx, осуществляющее распознавание речи с одновременным применением акустической и языковой моделей, а также трансляцию распознанной речи в команды, понятные системе, построенной на базе открытой платформы управления устройствами «OpenHab». Предложен подход к описанию грамматик и формированию словаря для распознавания речи. Приведен пример словаря и описания грамматики для речевой системы управления подключенными устройствами. Для тестирования описываемого в статье подхода создан демонстрационный стенд, основой которого является одноплатный персональный компьютер Raspberry Pi с установленным программным обеспечением openHab, и построены устройства интернета вещей на базе микроконтроллеров ESP8266. Основные результаты. Реализовано голосовое управление устройствами интернета вещей, которое осуществляется с применением протокола MQTT. Реализовано взаимодействие с сервером по протоколу HTTP. Проведено тестирование распознавания голосовых команд. Показана возможность практического применения предложенного в статье подхода к распознаванию спонтанной речи. Практическая значимость. Данная модель позволяет описать и подключить к системе значительное число устройств интернета вещей, представленных на рынке. Используя данную модель можно минимизировать или исключить влияние работоспособности сторонних внешних сервисов на работу системы голосового управления устройствами интернета вещей.
722
Постановка задачи. В работе проведено исследование существующих методов выделения и сравнения признаков объектов, используемых в задаче повторной идентификации (верификации) модели транспортного средства по его изображению, являющейся одной из наиболее важных задач, стоящих перед системами автоматизированного контроля дорожной обстановки и решаемой за счет сравнения признаков верифицируемого автомобиля с некоторым набором признаков, полученных системой контроля ранее, и принятия решения о принадлежности сравниваемых образцов к одной модели транспортного средства или к разным. Предложен метод выделения и сравнения векторов признаков модели автомобиля по его изображению, основанный на использовании сверточных нейронных сетей. Проведено сравнение эффективности предложенного подхода с существующими алгоритмами повторной идентификации моделей транспортных средств по критерию точности верификации (accuracy). Метод. В статье описан подход, используемый для выделения вектора признаков изображения транспортного средства и его последующего сравнения с эталонным вектором для анализа схожести. В основе подхода лежит метод выделения вектора признаков с использованием классификационной сверточной нейронной сети и критерий сравнения векторов признака, базирующийся на технике подсчета совпадающих признаков. Основные результаты. Предлагаемый подход демонстрирует точность, сопоставимую с современными аналогичными методами в сценариях использования, когда обрабатываемые данные обладают характеристиками, совпадающими с тренировочными (используется похожая модель камеры и ракурсы съемки, схожий уровень освещения и шумов, верифицируемые модели автомобилей, содержатся и в наборе данных, используемых для тренировки классификационной сети), и демонстрирует значительно более высокую сравнительную точность повторной идентификации при обработке данных, значительно отличающихся от тренировочных, при более низкой вычислительной сложности и размерности используемого вектора признаков. Практическая значимость. Предложенный подход может быть использован на практике в задаче идентификации модели транспортного средства в системах контроля дорожной обстановки.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

730
Предмет исследования. Разработан метод численного решения многомерной Проблемы Томсона для упаковки на гиперсфере сигналов, интерпретируемых как векторы, в задачах широкополосной радиосвязи. Метод. Выполнена реализация численного решения многомерной Проблемы Томсона для упаковки векторов на гиперсфере в задачах радиосвязи. Разработанный метод упаковки широкополосных радиосигналов заключается в следующем: сначала производится упаковка векторов на гиперсфере в соответствии с постановкой Проблемы Томсона, затем полученные векторы трансформируются в спектр, на основе которого с помощью обратного преобразования Фурье получают результирующие сигналы. Основные результаты. В статье приведен математический аппарат разработанного метода упаковки векторов на гиперсфере, а также некоторые результаты его исследования на сходимость и устойчивость. В статье изложен принцип реализации разработанного метода синтеза широкополосных сигналов на основе множества векторов, упакованных на гиперсфере, приведены некоторые результаты исследований метода синтеза сферически упакованных широкополосных радиосигналов. Практическая значимость. Исследования показывают, что практическая значимость разработанного метода для сферической упаковки сигналов заключается в возможности повышения скорости передачи информационных сообщений и повышении эффективности использования ресурса частота–время, например, по сравнению с ортогональным кодированием. Разработанный метод упаковки широкополосных радиосигналов на гиперсфере позволяет удовлетворить требования различных потребителей, отдающих предпочтение скорости перед помехоустойчивостью или помехоустойчивости перед скоростью передачи информационных сообщений. Разработанный метод предоставляет дополнительные возможности проектирования защищенных каналов связи за счет увеличения мощности ансамблей широкополосных сигналов, имеющих шумоподобный характер.
740
Предмет исследования. Проведен анализ специфики оценки алгоритмов деятельности операторов в процессе проектирования информационных систем и технологий. Рассмотрены особенности используемых в соответствии с нормативно-техническими документами подходов к оценке коэффициентов стереотипности и логической сложности выполнения алгоритмов деятельности. Выявлен ряд недостатков методов, используемых для оценки коэффициентов стереотипности и логической сложности алгоритмов деятельности, не позволяющих проектировщикам использовать эти методы, что в значительной степени осложняет процесс разработки и создания современных человеко-машинных комплексов различного назначения. Метод. Разработан новый подход к оценке коэффициентов стереотипности и логической сложности алгоритмов деятельности на ранних этапах проектирования сложных информационных систем, базирующийся на упрощении процедуры оценки. Основные результаты. Показаны преимущества использования этого подхода на практике. Предлагаемый подход, являясь инструментом разработчика информационной системы, в значительной степени упрощает его расчетную деятельность. Кроме того, предлагаемое в рамках подхода представление зависимостей облегчает понимание получаемых промежуточных и окончательных оценок. Подход положен в основу проектируемого информационного модуля поддержки деятельности разработчика при решении задач, связанных с оценкой алгоритмов деятельности операторов разрабатываемых сложных информационных систем и комплексов различного назначения. Практическая значимость. Данный подход может служить методологическим базисом для автоматизированного модуля информационной поддержки разработчиков сложных человеко-машинных комплексов и информационных систем. Использование данного модуля в значительной степени позволит не только повысить качество проектируемых комплексов и систем за счет возможности автоматизированной многократной последовательной оценки различных вариантов (алгоритмов деятельности операторов) решения поставленных перед ней задач, но и повысить эффективность самого процесса разработки, в том числе и снижения сроков.
747
Предмет исследования. Представлены критерии качества для оценки изготовления деталей и методика его определения. Приведены результаты исследований связей между производственными и эксплуатационными показателями качества изделий и влияние условий эксплуатации на эксплуатационные показатели качества. Выполнен анализ использования производственного качества двух видов деталей одного и того же изделия, лимитирующие их сроки службы, применяя методику составления оси качества. Метод. Разработана ось качества для выражения качества изделия и использования ресурса их качества. Представлена методика увязки деталей и их ресурс качества с эксплуатационными показателями изделий. Она является удобным средством для выражения коэффициента производственных качеств, ресурса использования качества и т.п. изделий и их элементов. Предложены пути обеспечения эффективности использования ресурсов производственных качеств изделий в целом и их составных частей. Для оценки качества изготовления партии изделий предложены критерии стабильности их надежности. Для схематического описания жизненного цикла изделий применяется петля качества. Основные результаты. Представлена методика для выявления рациональных предельных значений показателей качеств деталей и узлов в стадии их проектирования, а также рациональное сочетание качеств деталей и узлов в изделиях при их производстве. Выявлено, что одним из направлений обеспечения высокой эффективности изделий в целом может стать рациональное обеспечение и использование ресурсов производственных качеств их составных частей. Исследования показали, что нормативные эксплуатационные показатели качества изделия не всегда отражают изменение основного технологического показателя, например, среднеквадратического отклонения значимого размера, влияющего на качество данного изделия. Принято, что качество — это совокупность свойств и характеристик продукции, которые придают им способность удовлетворять обусловленные потребности потребителя. Практическая значимость. Даны аналитические выражения и методика определения коэффициента производственного качества при различных вариантах обеспечения верхнего предела качества, когда эксплуатационное качество деталей лимитируется точностями размеров поверхностей. Дан коэффициент качества для оценки и сравнения качества деталей.
756
Предмет исследования. Исследована одна из основных проблем обеспечения упругой устойчивости и длительной прочности системы при циклически изменяющихся внешних воздействиях. Роторные системы обладают широкой областью применимости: энергетическая, машино- и авиастроительная промышленности, медицина не обходятся без оборудования с вращательными элементами (турбины, двигатели, бормашины). Метод. Выполнен обзор и сравнительное исследование ряда аналитических и численных методов расчета изгибных колебаний вращающихся валов. Построение прямого аналитического решения проведено с использованием метода продолжения по параметру, реализованному в модуле MATLAB/MATCONT. Также рассмотрен приближенный метод решения дифференциальных уравнений, bvp4c-метод, являющийся встроенной функцией MATLAB. Численное решение задач выполнено методом конечных элементов с применением программных средств ANSYS и COMSOL. Основные результаты. Для определения критических скоростей вращения построены диаграммы Кэмпбелла с применением распределенной модели деформируемого вала, описываемой уравнениями в частных производных, в общем случае с переменными коэффициентами. Данная модель позволяет учесть распределенность упругих, инерционных и эксцентриситетных свойств системы, а также применима для любого диапазона рабочих частот. Исследованы свободные и вынужденные колебания вала, вызванные наличием эксцентриситета. Практическая значимость. Рассмотренная общая модель и верифицированные методы позволяют провести численное моделирование экспериментальной установки. Решена обратная задача по определению величины эксцентриситета элемента установки. Жесткость и демпфирование податливой анизотропной опоры определялась по экспериментальным данным и с помощью теоретической оценки. Исследована чувствительность установки к добавочному внешнему силовому фактору заданного порядка. Построены частотные характеристики рассматриваемой системы и приведено сравнение с результатами натурных испытаний. Предложены методы гашения вибраций вала с помощью управляемых (активных) магнитных подшипников.

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

767
Представлены результаты разработки виртуального прибора для платформы NI ELVIS, позволяющего проводить исследование операционных усилителей на лабораторных работах по электронике, схемотехнике или других близких электрорадиотехнических дисциплинах в высшей школе. Разработанный виртуальный прибор в отличие от штатного программного обеспечения NI ELVIS позволяет выполнять лабораторные работы в автоматизированном режиме с большей степенью интенсивности, большим спектром возможностей и с меньшими временными затратами. Статья может быть полезна специалистам, занимающимся разработкой программного обеспечения для платформы NI ELVIS, а также преподавателям электрорадиотехнических дисциплин.
771
Исследована сорбция ионов свинца Pb2+ на многослойный графене, полученном ультразвуковым разрушением природного графита. Изучение сорбции ионов Pb2+ проводилось спектрофотометрическим методом с использованием индикатора ксиленоловый оранжевый. Показано, что сорбция ионов свинца достигает максимального значения сорбционной емкости уже при 10 мин процесса.
Информация 2001-2019 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика