Аннотации номера

ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

619
Предмет исследования. В последнее время все большее распространение приобретают телевизионные камеры, основанные на работе в ближнем инфракрасном диапазоне длин волн. Преимуществом съемки в ближнем инфракрасном диапазоне является возможность наблюдения за объектами в условиях низкой освещенности и в сложных погодных условиях. В таких камерах могут быть использованы гибридные сенсоры, которые объединяют в едином вакуумном объеме инфракрасный фотокатод и чувствительную к электронам матрицу на основе кремния. В работе исследованы возможности одного из последних образцов подобной камеры, созданной в АО «ЦНИИ «Электрон». Метод. Исследованы изображения человека, воды, льда, снега и других предметов в диапазоне длин волн 0,95–1,7 мкм. Изображения получены с помощью телевизионной камеры, созданной на основе гибридного телевизионного инфракрасного сенсора, состоящего из расположенных параллельно друг другу в едином вакуумном объеме фотокатода и кремниевой матрицы прибора с переносом заряда. Освещение объектов съемок в ближнем инфракрасном диапазоне осуществлено лампой непрерывного спектра с максимумом регистрируемого излучения на длине волны 1,55 мкм. Основные результаты. Выполнено сравнение изображений, зарегистрированных в ближнем инфракрасном диапазоне и в видимой области спектра. Дано объяснение отличий изображения снега от изображений воды и льда в ближнем инфракрасном диапазоне. В качестве примера продемонстрировано различие светопередачи поверхностей материалов для водолазного снаряжения, таких как неопрены с покрытием и с открытой порой. Практическая значимость. Благодаря наличию в ближнем инфракрасном диапазоне существенного контраста изображений различных предметов на поверхности воды и льда, возможно создание эффективной системы поиска на воде. Рассмотрены преимущества предложенной системы визуального поиска по сравнению с иными системами, в том числе пассивными системами и системами, работающими в среднем и дальнем инфракрасном диапазонах. В ходе работы положено начало развития возможности использования новой камеры в создании эффективной системы поиска предметов и людей на водных поверхностях.
626
Наиболее эффективный способ улучшения оптических свойств солнечных элементов на основе кремния — формирование текстуры на их фронтальной поверхности. В работе изучено влияние геометрических размеров периодической пирамидальной текстуры, образованной на поверхности солнечного элемента на основе кремния и его фотоэлектрические свойства. При учете оптической теории определено, что оптимальный угол наклона у основания пирамиды составляет 73°7ʹ12ʺ. При использовании программы Sentaurus TCAD обнаружено, что для достижения максимальной эффективности угол наклона у основания пирамиды должен составлять 70°21ʹ0ʺ. Расхождение углов наклона связано с тем, что в модели были учтены электрические, оптические и термические свойства солнечного элемента. Путем моделирования определено, что выходная мощность простого планарного солнечного элемента на основе кремния составляет 6,13 мВт/см2. Выходная мощность солнечного элемента, фронтальная поверхность которой покрыта текстурой в виде пирамиды со средней высотой 1,4 мкм, равна 10,62 мВт/см2. Таким образом, обнаружено, что эффективность солнечного элемента увеличивается в 1,6 раз, когда его фронтальная поверхность покрыта текстурой в виде пирамиды, у которой угол наклона у основания — 70°21ʹ0ʺ.
633
Предмет исследования. Представлены результаты исследования принципов разработки беспроводных сетей автономных гамма-датчиков в целях создания систем пространственного мониторинга радиационной обстановки. Основная задача подобных систем — контроль уровня гамма-излучения в районах размещения потенциальных источников ионизирующего излучения. В качестве измерительного датчика использован автономный спектрометр гамма-излучения. Метод. Для создания автономных беспроводных сетей промышленного интернета радиационного контроля предложено применять измерительные датчики на основе кремниевых фотоэлектронных умножителей. Для подтверждения возможности использования данного класса приемников в составе гамма-спектрометров выполнено моделирование основных структурных элементов системы и макетирование экспериментального образца гамма-спектрометра. Исследованы линейность и энергетическая разрешающая способность экспериментального образца. Основные результаты. При апробации модели построения гамма-спектрометра выбраны сцинтилляционный кристалл CsI(Tl) и фотоумножитель Sensl Array-60035-4P. Установленный диапазон регистрируемых энергий лежит в диапазоне 121–1332 кэВ, относительное энергетическое разрешение по пику 137Cs 11,07 %, линейность передаточной характеристики составила 99,91 %. На основе предложенного датчика разработана архитектура автоматизированной беспроводной системы мониторинга пространственного распределения гамма-излучения. Практическая значимость. Результаты работы позволят применять системы мониторинга радиационной обстановки в соответствии с требованиями концепции Индустрии 4.0.

АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ И РОБОТОТЕХНИКА

646
Предмет исследования. Современные системы управления для передачи данных используют цифровые сетевые каналы. Такие системы обладают случайными задержками и потерями пакетов данных. Предметом исследования является изучение влияния буферизации данных на качество управления технологическими процессами для систем с ограниченным объемом буфера для пакетов данных путем имитационного моделирования и компенсация этого влияния с помощью упредителя Смита. Отличительной особенностью предлагаемого решения является компенсация случайного запаздывания. Метод. Для повышения качества сетевого управления технологическими процессами предложено использовать упредитель Смита. Упредитель Смита включает в себя модель объекта и буфер для пакетов данных. Буфер служит для формирования случайного времени задержки. Его работа определяется режимом передачи данных по сетевому каналу. Основные результаты. Моделирование функционирования сетевой системы управления выполнено в среде Simulink системы Matlab. Новизна разработанной имитационной модели заключается в том, что в основу разработки положено моделирование времени разрыва информационного потока данных. Моделирование проводилось для объемов буферов пакетов данных от 1 до 5 и вероятности передачи данных от 0,9 до 0,4. Результаты исследования показали, что использование упредителя Смита для компенсации случайного запаздывания существенно повышает качество переходных процессов сетевых систем управления. Практическая значимость. Показано, что использование упредителя Смита существенно повышает качество сетевых систем. Разработанные имитационные модели могут быть использованы при проектировании новых сетевых систем управления, а также при модернизации уже используемых на практике систем.
653
Предмет исследования. Рассмотрен подход к формированию управляющих программных траекторий движения подвижных объектов (самолетов, судов) как решение оптимальной по быстродействию задачи для машин Дубинса. Метод. Предложено вместо прямого решения принципа максимума Понтрягина воспользоваться простым перебором возможных стратегий управления с целью определения среди них оптимальной по быстродействию. Основные результаты. Решена задача поиска кратчайшей траектории движения объекта из одной точки в другую, причем для обеих точек заданы их координаты и курсовые углы. Заданы три абсолютных значения радиусов циркуляции, соответствующие сигналам управления на каждом из трех участков траектории. Задача поиска кривых Дубинса сводится к поиску параметров двух промежуточных точек, в которых происходит смена управления. Рассмотрены возможные направления вариантов смены управлений с учетом имеющихся ограничений. Вычислены длины траекторий движения и выбрана оптимальная. Решена задача построения траектории, которая обеспечит гладкое сопряжение двух прямолинейных фрагментов траекторий и проходит через точку их пересечения. Решение задачи поиска оптимальной траектории движения с использованием машины Дубинса дает единственную траекторию. Предлагаемый метод рассматривает нескольких допустимых по ограничениям траекторий, из которых перебором выбирается оптимальная. Наличие нескольких допустимых стратегий дает преимущества при выборе траектории в зависимости от окружающей обстановки. Практическая значимость. Вместо прямого решения принципа максимума Понтрягина используется простой перебор возможных стратегий управления с целью определения среди них оптимальной по быстродействию, что обусловлено ограниченным для машин Дубинса количеством возможных стратегий управления. Физически ограничения на управление (радиус поворота) связаны с ограниченностью угла поворота руля. Простота аналитических расчетов для каждой стратегии позволяет выполнять эти расчеты в реальном времени. Быстрота расчетов для задачи определения оптимальной траектории связана с тем, что в предложенном методе не требуется выполнение сложных расчетов для решения задачи нелинейной оптимизации, следующей из принципа Понтрягина.

НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХНОЛОГИИ

664
Предмет исследования. С применением in situ метода сверхвысоковакуумной отражательной электронной микроскопии выполнено экспериментальное исследование морфологических изменений поверхности Si(100) в условиях электромиграции. Целью исследования является определение температурной зависимости эффективного электрического заряда адсорбированного атома на поверхности Si(100). Метод. С помощью бомбардировки низкоэнергетическими ионами аргона и последующего высокотемпературного отжига на поверхности образцов Si(100) сформирована система концентрических двумерных вакансионных островков. На поверхности образцов созданы квазиравновесные условия путем компенсации сублимирующего потока с поверхности из внешнего источника кремния. В условиях электромиграции при компенсации сублимации выполнена запись видеоизображений дрейфа вакансионных островков. Основные результаты. В результате обработки и анализа видеоизображений получена зависимость скорости движения вакансионных островков на поверхности Si(100) для различных температур и направлений электрического тока вдоль и поперек димерных рядов сверхструктуры (2 × 1) внутри островка. Показано, что в квазиравновесных условиях скорость дрейфа вакансионных островков не зависит от их размеров. Построена упрощенная одномерная теоретическая модель, которая включает в себя одну атомную ступень. Ступень движется посредством отрыва от нее атомов и их дрейфа под силой электромиграции в условиях отсутствия десорбции и осаждения атомов на поверхность. На основе предложенной модели дана оценка эффективного электрического заряда, и построена температурная зависимость величины эффективного заряда в интервале температур 1010–1120 °С. Абсолютная величина эффективного заряда линейно уменьшается с увеличением температуры. Знак эффективного заряда отрицательный, а его средняя величина составляет Z = –0,5 ± 0,3 элементарных зарядов. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть востребованы при создании структур со счетным количеством атомных ступеней для использования в качестве вторичных мер высоты с привязкой к кристаллической решетке кремния.
670
Предмет исследования. Разработаны нано- и микрокомпозиты хитозан-TiO2 для фотокаталитического разложения представителя полициклических ароматических углеводородов — пирена. Метод. Наночастицы TiO2 синтезированы методом лазерной абляции и определены их размеры с помощью метода фотонной корреляционной спектроскопии. Изготовлены нано- и микрокомпозиты на основе хитозана с различными содержаниями частиц TiO2. Исследовано влияние нано- и микрочастиц TiO2 в составе изготовленных нанокомпозитов на фотодеградацию пирена в модельных растворах диметилсульфоксида под ультрафиолетовым излучением. Для оценки снижения концентраций пирена в растворах использован метод люминесцентного анализа. Основные результаты. По результатам выполненных исследований построены графики кинетики псевдопервого порядка для деградации пирена в растворах. Доказана эффективность использования полученных композитов хитозан-TiO2 для фотокаталитического разложения пирена. За 60 мин под ультрафиолетовым излучением с помощью композитов хитозан-TiO2 подверглось фотокаталитическому разложению 68 % пирена при использовании наночастиц TiO2 и 55 % — микрочастиц TiO2. Практическая значимость. Разработанные композиты хитозан-TiO2 — перспективные фотокаталитические материалы для разложения полициклических ароматических углеводородов в водных средах. Методика изготовления композитов не требует дорогостоящего оборудования для изготовления, а также они удобны в применении для проведения фотокаталитических реакций.
686
Предмет исследования. На качество кремниевых эпитаксиальных структур значительное влияние оказывает как начальная морфология поверхности, так и ее трансформация в процессе роста. Одним из явлений огрубления поверхности кремния в процессе отжига, роста, воздействии электрического тока, и адсорбции инородного материала является формирование эшелонов ступеней. В работе приведены результаты экспериментального исследования кинетики трансформации эшелонов атомных ступеней на поверхности Si(001) в условиях электромиграции при нагреве постоянным электрическим током в направлении вниз по ступеням в интервале температур 1000–1150 °С. Метод. Отжиг образцов выполнен в сверхвысоковакуумной камере отражательного электронного микроскопа с последующей закалкой до комнатной температуры. В атмосферных условиях с применением атомно-силового микроскопа получены данные о зависимости среднего расстояния между ступенями от количества ступеней в эшелоне. Основные результаты. Установлено, что экспериментально построенная зависимость подчиняется степенному закону l ∝ Nα, где α изменялся от –0,68 до –0,36. Подтверждено изменение потенциала упругого взаимодействия ступеней в эшелонах с ростом температуры. Практическая значимость. Результаты работы определяют понимание процесса эшелонирования Si(001) при повышенных температурах.
686
Предмет исследования. В работе экспериментально изучено распределение концентрации адатомов на экстремально широких террасах поверхности Si(111), сопоставимых по размерам с длиной диффузии адатомов. Метод. Экстремально широкие террасы созданы в процессе in situ экспериментов, проводимых методом сверхвысоковакуумной отражательной электронной микроскопии в условиях высокотемпературного отжига образцов Si(111) (более 1000 °C) с быстрым охлаждением до 750 °C для формирования доменов сверхструктуры 7 × 7. Детальный анализ морфологии поверхности террас выполнен методом ex situ атомно-силовой микроскопии в атмосферных условиях. Основные результаты. На основе изображений, полученных с помощью атомно-силового микроскопа, с высоким разрешением (1,2 нм/пиксел) сформированы панорамные топографические изображения террас. С использованием цифровой обработки панорамных изображений, экспериментально визуализировано распределение концентрации адатомов n. Для террасы, охлажденной от 1070 °С, в центре террасы n принимает минимальные значения около 0,13 БС (1 бислой (БС) = 1,56 × 1015 см−2), а вблизи ступени, ограничивающей террасу — возрастает до 0,14 БС. Такое радиальное распределение n(r) при 1070 °С соответствует коэффициенту диффузии адатомов D = 59 ± 12 мкм2/c. Обнаружено, что для террасы, охлажденной от 1090 °С, подход, который предполагает одинаковую длину диффузии адатомов по всей террасе, не описывает экспериментальное распределение n(r). Для его анализа использовано решение стационарного уравнения диффузии в предположении, что D не является константой. На основе численного решения получена зависимость D от экспериментально измеренных значений n. При 1090 °С в предположении, что время жизни адатомов не зависит от n, получено, что коэффициент диффузии адатомов уменьшается от 140 мкм2/c при n = 0,093 БС (в центральных областях террасы) до 5 мкм2/c при n = 0,118 БС (возле ступени). Практическая значимость. Результаты работы экспериментально демонстрируют, что управление концентрацией адатомов может быть использовано для существенного изменения диффузионных свойств адсорбционного слоя на поверхности кристалла.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Методика эксперимента для оценивания вероятности и опасности реализации сетевых атак в автоматизированных системах
Дровникова И. Г., Овчинникова Е. С., Попов А. Д., Лившиц И. И., Басов О. О., Рогозин Е. А.
694
Предмет исследования. Разработана новая методика проведения эксперимента для оценивания динамики протекания информационного конфликта «Сетевая атака — Система защиты» в автоматизированных системах. В результате применения методики получены количественные значения исходных данных, необходимые для оценки вероятности и опасности реализации сетевых атак в автоматизированных системах. Метод. Метод исследования — эксперимент отображения динамики информационного конфликта «Сетевая атака — Система защиты» в автоматизированных системах. Основные результаты. Разработана методика для определения количественных значений характеристик, а также размера ущерба от типовых сетевых атак, которые воздействуют на элементы автоматизированных систем. Практическая значимость. Использование полученных результатов позволяет в динамике наблюдать протекание информационного конфликта «Сетевая атака — Система защиты», выполнить расчет вероятностно-временных характеристик реализации сетевых атак и осуществить точную количественную оценку опасности их реализации в автоматизированных системах в программных средах «CPN Tools» и MathCad. Перспективы использования полученных результатов связаны с построением частных моделей актуальных атак и повышением степени устойчивости автоматизированных систем.
702
Предмет исследования. За последние годы задачу выбора и настройки алгоритмов машинного обучения все чаще решают с помощью автоматизированных фреймворков. Это мотивировано тем, что в работе с большим объемом данных классические методы не эффективны с точки зрения времени и качества. В работе рассмотрен фреймворк Auto-sklearn как одно из лучших решений для автоматизированного выбора и настройки алгоритмов машинного обучения. Исследована проблема решения Auto-sklearn 1.0, основанного на байесовской оптимизации и мета-обучении. Представлено решение данной проблемы. Метод. Предложен новый метод работы, основанный на оптимизации мета-базы. Сущность метода состоит в использовании алгоритма кластеризации BIRCH, для разделения наборов данных по различным группам. Критериями отбора являются мера силуэта и минимальное количество начальных конфигураций байесовской оптимизации. На следующем шаге использована модель случайного леса, которая обучена на наборе мета-признаков и полученных метках. При этом отобраны важные мета-признаки из всего набора. В итоге получен оптимальный набор мета-признаков, который использован для нахождения начальных конфигураций байесовской оптимизации. Основные результаты. Рассмотренный метод позволяет значительно ускорить поиск лучшего алгоритма машинного обучения для задач классификации. Проведены эксперименты с наборами данных из OpenM, выполнено сравнение Auto-sklearn 1.0, 2.0 и новой версии, которая использует предлагаемый метод. По результатам эксперимента и статистических тестов на T-критерий Уилкоксона новый метод превосходит по времени оригинальные версии и по качеству Auto-sklearn 1.0 и составляет конкуренцию с Auto-sklearn 2.0. Практическая значимость. В результате метод позволяет уменьшить время нахождения лучшего решения для задач машинного обучения. Оптимизация таких фреймворков целесообразна с точки зрения экономии времени и других ресурсов особенно в работе с большим объемом данных.
720
Предмет исследования. В работе предложен метод автоматического определения структуры дерева и ключевых тематик узлов в процессе построения дерева диалога по неразмеченным текстовым корпусам. Построение дерева диалога является одной из трудоемких задач при создании автоматической диалоговой системы и в большинстве случаев производится на основе ручной разметки, что занимает достаточно много времени и ресурсов. Метод. Разработанный метод иерархической кластеризации диалогов учитывает семантическую близость сообщений, позволяет выделять различное количество узлов на каждом уровне иерархии и ограничивать дерево диалогов в ширину и глубину. Алгоритм построения аннотаций узлов дерева диалога учитывает иерархию тем за счет построения тематических цепочек. В основе метода лежит комплексное использование методов обработки естественного языка (токенизация, лемматизация, частеречная разметка, построение векторных представлений слов и др.), анализа главных компонент для снижения размерности и методов кластерного анализа. Основные результаты. Эксперименты по построению структуры дерева диалога и аннотированию узлов показали большие возможности предложенного метода для построения автоматического дерева диалога. Точность распознавания на примере эталонного дерева диалога, содержащего 13 узлов на первом, 381 узел на втором и 299 узлов на третьем уровнях составила 0,8, 0,7 и 0,5 соответственно. Практическая значимость. Автоматическое построение деревьев диалога может быть востребовано при разработке диалоговых систем и повышения качества решения задачи генерации ответов на вопросы пользователей.
720
Предмет исследования. В функциональных языках программирования (например, OCaml, Haskell) распространен подход под названием «обобщенное программирование». Его сущность состоит в автоматическом построении на этапе компиляции программ некоторого кода, который выполняет преобразования значений указанного в программе типа данных. Традиционно построенные преобразования представляются с помощью функций, реализующих алгоритм преобразования. Из функций-преобразований и пользовательских функций можно получать новые преобразования с помощью композиции. Недостатком реализации преобразований с помощью функций является монолитность этих функций — невозможно изменить поведение уже объявленной функции. Если построить подходящее преобразование не представляется возможным, программист вынужден написать преобразование вручную и без переиспользования имеющегося кода, что приводит к большим затратам труда. В работе предложено автоматически строить преобразования так, чтобы их можно было изменять после объявления. Метод. Следуя парадигме объектно-ориентированного программирования, предложено хранить преобразования не как функции, а как объекты. Вместо вызова функции вызываются методы соответствующего объекта. Реализация преобразования разбивается на несколько методов объекта. Поддерживается расширение объектов новыми методами, изменение реализации уже имеющихся методов, и за счет этого возможна модификация автоматически построенных преобразований. Основные результаты. В работе предложен способ представления преобразований с помощью объектно-ориентированных возможностей языка OCaml. Объекты-преобразования имеют столько же методов, сколько альтернатив в объявлении типа входных данных преобразования. Такое количество методов позволяет реализовать достаточно разнообразные преобразования. В работе рассмотрено, в каких случаях большее количество методов нежелательно. Метод применим к полиморфным вариантным типам языка OCaml, которые не поддерживаются другими подходами по построению расширяемых преобразований. Практическая значимость. Подход не привязан к конкретной предметной области и позволяет использовать расширяемые преобразования в языке OCaml для произвольных программ, а также может быть перенесен на другие функциональные языки с поддержкой объектно-ориентированного программирования.
727
Предмет исследования. Рассмотрена задача оценки интенсивности протекания процессов, у которых математической моделью выступают стохастические процессы. Процессы состоят из серии последовательных эпизодов с известным классом распределений длины временного интервала между ними. Ранее был предложен подход, в котором входными данными выступали сведения о значении величины интервала между последним эпизодом и концом исследуемого периода, что могло привести к неточным результатам. Интервал отличался от промежутков между последовательными эпизодами, и поэтому его представление и обработка требует специальных подходов. Для повышения точности результатов оценки интенсивности процесса разработана новая модель. Модель основана на байесовской сети доверия и содержит узлы, которые соответствуют интервалам между последними эпизодами процесса, минимальным и максимальным интервалами между эпизодами, с помощью корректного учета на этапе обучения модели значений интервала между последним эпизодом и концом исследуемого периода. Метод. Предложена байесовская сеть доверия со случайным элементом, для построения интервала между окончанием периода исследования и последним эпизодом процесса за исследуемый период. На этапе обучения данные об этом интервале могут быть доступны. Для моделирования использовано программирование в системе R и пакет bnlearn, который обеспечивает работу с байесовскими сетями доверия. Основные результаты. Предложен новый подход к оценке интенсивности процесса на основе байесовской сети доверия, сформированной методами машинного обучения. Он позволяет повысить точность результатов посредством корректного учета величины интервала между последним эпизодом и окончанием исследуемого периода посредством применения особой схемы в машинном обучении байесовской сети, которая включает «гипотетический» эпизод после конца исследуемого периода. Для апробации предложенного подхода использованы данные о 5608 пользователях социальной сети Instagram на основании публикаций постов за 2020 год и первого поста за 2021 год. 70 % выборки использовано для обучения модели и 30 % для сравнения значений интенсивности постинга, предсказанных моделью с известными значениями. Практическая значимость. Полученные результаты могут применяться в различных сферах науки, где требуется оценка интенсивности процесса в условиях дефицита информации, когда весь процесс наблюдается ограниченное время. Получение таких оценок – важная задача в медицине, эпидемиологии, социологии и др. Подход показал хорошие результаты на сопоставлении теоретической модели и результатов обучения по данным из социальной сети, что создает основу для автоматизации получения оценок интенсивности процесса.
738
Достижения в области программных технологий открывают путь для широкого использования объектно-ориентированных программ. Существует необходимость в разработке зарекомендовавшей себя системы программного обеспечения, которая снизит затраты на обслуживание и повысит удобство использования компонента. При проектировании программной системы ее внутренняя структура ухудшается из-за продолжительных или отложенных работ по техническому обслуживанию. В таких ситуациях реструктуризация программного обеспечения — лучший подход для улучшения структуры без изменения внешнего поведения системы. Один из подходов к реструктуризации — использование рефакторинга применяемого исходного кода для улучшения внутренней структуры кода. Рефакторинг кода — эффективный метод разработки программного обеспечения, который улучшает внутреннюю структуру программного обеспечения без изменения его внешнего поведения. Цель рефакторинга — улучшение связности используемого кода и минимизация связи в модуле программной системы. Кластеризация — один из эффективных подходов к увеличению сплоченности системы. В работе предложено извлечение функций-членов и переменных-членов и выполнение поиска их сходства с помощью подхода «Шаблон частого использования». Алгоритм нечеткой кластеризации дает эффективный рефакторинг кода. Предлагаемый метод использует несколько методов рефакторинга для повышения связности компонента без какого-либо изменения смысла программной системы. Представленная система рекомендует автоматическую поддержку для изменения функций с низким уровнем сцепления на функции с высоким уровнем сцепления. Предложенная модель экспериментально протестирована с объектно-ориентированными программами.
748
Предмет исследования. Современная электроэнергетическая система представляет собой сложную организационную структуру, которая обеспечивает координацию ее интеллектуальных компонентов через определение ролей, каналов связи и полномочий. Система управления интеллектуальными компонентами электроэнергетической системы должна обеспечивать согласованность их работы на технологических этапах генерации, транспорта, распределения и потребления электрической энергии, при достижении целевых ориентиров и снижении величины ресурсопотребления. Недостаток используемой в настоящее время системы управления технологическими процессами в электроэнергетических системах в том, что иерархическая структура управления применяется к сетевой топологии. Таким образом, возникает конфликты ресурсов и процессов генерации, транспорта, распределения и потребления электроэнергии. Метод. Предложена концепция распределенной системы управления ресурсопотреблением и процессами в электроэнергетических системах с применением технологии цифровых двойников. Основные результаты. Электроэнергетическая система моделируется как полиструктурная. Используются понятия системы показателей полиструктуры, метрической системы полиструктуры, тела полиструктуры. Представление компонентов электроэнергетической системы и технологических процессов генерации, транспорта, распределения и потребления посредством технологии цифровых двойников, позволяет исключить конфликты ресурсов и процессов в электроэнергетической системе при сохранении требований к надежности и безопасности системы. Практическая значимость. Технология цифрового двойника применительно к полиструктурным системам предоставляет разработчикам распределенных систем управления методологию создания современной системы управления, где выработка управленческих решений не приводит к конфликтам компонентов электроэнергетической системы. Предлагаемая распределенная система управления строится как полиструктура, тело которой выполняет роль обеспечения согласованности технологических процессов, ресурсов оборудования и потребления электроэнергии.
755
Предмет исследования. Исследована проблема несанкционированного использования в глубоком обучении изображений лиц из социальных сетей. Рассмотрены методы защиты таких изображений от их использования и распознавания на базе процедур де-идентификации и новейшей из них — процедуре Fawkes. Метод. Задача решена путем сравнительного анализа изображений, подвергнутых процедуре Fawkes-преобразования, представления и описания текстурных изменений и особенностей структурных разрушений в изображениях лиц. Применены многоуровневые параметрические оценки разрушений для их формальной и численной оценки. Основные результаты. Объяснены причины невозможности использования изображений лиц, разрушенных в процессе выполнения процедуры Fawkes, в задачах глубокого обучения. Теоретически доказано и экспериментально показано, что изображения лиц, подвергнутые процедуре Fawkes, хорошо распознаются вне методов глубоко обучения. Практическая значимость. Утверждается, что использование простых способов предобработки изображений лиц, подвергнутых процедуре Fawkes, на входе сверточной нейронной сети может привести к их распознаванию с высокой результативностью, что разрушает существующее представление о значимости защиты изображений лиц процедурой Fawkes.

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ И КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

767
Рассмотрение вопросов диагностирования занимает важное место в процессе проектирования систем обработки информации и управления, поскольку от качества их решения зависит надежность и отказоустойчивость систем. В работе представлены результаты разработки алгоритма синтеза модели, предназначенной для решения проблемы тестового диагностирования и ориентированной на распределенные вычислительные системы. Алгоритм встраивается в систему и исполняется параллельно с основным программным обеспечением системы, что позволяет упрощать процесс ее тестирования. Описание распределенной вычислительной системы, дополненное встроенной диагностической моделью, составляет избыточную модель системы. Предложенный алгоритм отличается сокращенным объемом диагностической информации. Диагностическая модель имеет иерархическую структуру и создается в два этапа. На первом этапе для графа межмодульных связей системы вычисляется множество путей, которые составляют покрытие его ребер. С каждым из полученных путей сопоставляется цепь из динамических звеньев, равным по числу количества программных модулей, через которые проходит данный путь. На втором этапе определяется вид динамических звеньев. При этом учитывается, что искомая динамическая модель системы используется для построения тестов. Процедура построения тестов упрощается, если модель системы линейна, управляема и наблюдаема. На основании этого формулируются требования к звеньям цепей модели. С помощью разработанного алгоритма можно создать дискретно-событийную модель системы, которая характеризуется сокращенным объемом используемой диагностической информации.
774
Программный пакет Sentaurus TCAD широко используется при моделировании полупроводниковых оптоэлектронных устройств. Основную часть моделирования солнечных элементов составляет разработка правильной геометрической модели. Модель можно разработать, используя модуль SDE двумя разными способами: путем написания кода или применения стандартных форм в графической среде. Разработка сложных конструкций солнечных элементов с использованием простых форм занимает много времени и является трудоемкой. В работе выполнено исследование разработок новых алгоритмов создания геометрических моделей солнечных элементов со сложными конструкционными структурами. Разработан универсальный алгоритм солнечных элементов с синусоидальным фронтом p-n перехода и задней мульти-переходной структурой. Используя алгоритм, можно создать модели солнечных элементов от простых до сложных конструкций. Изучена зависимость фотоэлектрических параметров кремниевых солнечных элементов с p-n и n-p переходами от толщины базы с целью выбора оптимальной толщины для каждого из рассмотренных структур. Установлено, что оптимальная толщина базы составляет 256 мкм для структуры с p-n перехода и 75 мкм — с n-p переходом. Максимальный КПД кремниевых солнечных элементов при выборе толщины базы с p-n переходом в 1,4 раза больше, чем с n-p переходом.
785
Предмет исследования. В серии численных экспериментов на тестовых задачах нелинейной акустики Шу–Ошера и взаимодействия двух сильных ударных волн Вурдворда–Колеллы изучены вычислительные свойства нового алгоритма гибридного метода крупных частиц. Метод. Численный метод является двухшаговым по времени типа предиктор-корректор. Пространственные производные расщепляются по физическим процессам. На первом этапе расщепления учитываются градиентные и деформационные члены законов сохранения, а на втором — конвективные потоки. Предложенный сбалансированный алгоритм метода включает более диссипативную противопоточную реконструкцию потоков на шаге «предиктор» и центрированную (бездиссипативную на гладких решениях) аппроксимацию на корректирующем шаге — CDP2-UC (Customizable Dissipative Properties — Upwind-Centered). Для более гибкого регулирования численной вязкости реализована нелинейная коррекция схемы, основанная на параметрической комбинации известных ограничителей. Численная схема обладает вторым порядком аппроксимации по пространству и времени на гладких решениях. Основные результаты. Сбалансированный алгоритм гибридного метода крупных частиц продемонстрировал монотонное решение с качественным разрешением деталей течения газа во всей области определения тестовых задач. При сгущении сетки не отмечено паразитных осцилляций, и наблюдается сходимость к эталонному профилю плотности. Выполнен анализ влияния ограничителя на численную диссипацию схемы CDP2-UC. Произведено сравнение с вариантами схем MUSCL (Monotone Upstream Scheme for Conservation Laws), MUSCL-CABARET с ограничителем NOLD (Non-Oscillatory Low-Dissipative), разрывным методом Галеркина с различными формами нелинейной коррекции, гибридной взвешенной нелинейной схемой четвертого порядка аппроксимации (CCSSR-HW4) и популярной схемой WENO5 (Weighted Essentially Non-oscillatory Scheme) пятого порядка точности. Предложенный алгоритм успешно конкурирует с современными численными методами, которые имеют формально более высокий (четвертый и пятый) порядок аппроксимации. Практическая значимость. Гибридный метод крупных частиц обладает простотой, однородностью и экономичностью алгоритма, а также высокой разрешающей способностью. Тестовые расчеты позволили оценить диапазон параметрического регулирования численной диссипации метода для корректного численного моделирования прикладных задач с нелинейными волновыми полями и сильными ударными волнами.

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

791
Предложена архитектура системы полнотекстового поиска по речевым данным, основанная на глобальном индексе поиска, который объединяет в себе информацию обо всех фонограммах архива. Архитектура включает в себя два независимых блока: блок индексирования и блок формирования и выполнения поискового запроса. Обработка фонограмм осуществляется с помощью системы автоматического распознавания речи, которая использует лингвистический декодер на основе взвешенных преобразователей конечных состояний (WFST) для создания словных сетей. Последовательное формирование на основе данных блоков сетей спутывания и обратных индексов позволяет учитывать все словные гипотезы, сформированные в процессе декодирования. Предложенное решение расширяет границы применимости систем речевой аналитики на те случаи, когда пословная ошибка распознавания речи является высокой, например, при обработке фонограмм, полученных в сложных акустических условиях или на малоресурсных языках.
Оценка кровоснабжения мозга через интактный череп с использованием визуализирующей фотоплетизмографии
Волынский М. А., Соколов А. Ю., Маргарянц Н. Б., Осипчук А. В., Зайцев В. В., Мамонтов О. В., Камшилин А. А.
795
Впервые продемонстрирована возможность оценки параметров церебральной гемодинамики без трепанации черепа с помощью метода визуализирующей фотоплетизмографии с освещением в ближней инфракрасной области спектра. Результаты получены при изучении изменения кровотока в головном мозге крысы в ответ на кратковременную остановку дыхания (апноэ-тест). Трансляция результатов в клиническую практику полезна для разработки методики неинвазивной оценки кровоснабжения мозга у лиц с цереброваскулярными заболеваниями.
Информация 2001-2021 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика