Предмет исследования. Рассмотрено образование периодических рельефов толщины слоев фоточувствительного полимера после записи в них голографических решеток и стимулирования деформаций материала обратимой пластификацией в нерастворяющей жидкости. Метод. Исследование выполнено для композиции сополимер с боковыми антраценовыми группами — фенантренхинон. Фенантренхинон передает энергию электронного возбуждения молекулам кислорода, поступающим через открытую поверхность полимерного слоя, которые затем вызывают окисление антраценовых фрагментов. Голографические решетки с периодом 2–5 мкм записаны с помощью лазерного излучения с длиной волны 532 нм в слоях толщиной около 1 мкм. Фоторельефы сформированы в процессе последующего набухания полимерного слоя в среде углеводородного проявителя. Основные результаты. По спектрам электронного поглощения исследовано фотосенсибилизированное окисление антраценовых групп нового полимера под действием оптического излучения в спектральном диапазоне 408–532 нм. Показано, что приближение длины волны возбуждения к максимуму длинноволнового поглощения фенантренхинона (410 нм) позволяет увеличить чувствительность слоя материала в 15 раз по сравнению со слоями с метиленовым синим в качестве фотосенсибилизатора. Экспериментально установлено, что амплитуда слабых периодических рельефов деформационной природы (высота менее 0,01 мкм), возникающих непосредственно после записи голографических решеток, в процессе обработки слоя жидким углеводородом многократно увеличивается. Ее максимальная величина достигает 25 % толщины регистрирующего слоя. Предположительно, деформация неоднородно облученного слоя стимулируется переводом полимерного материала в высокоэластичное состояние при его набухании. Фоторельефы стабильны после высушивания. Их прочность может быть увеличена фотосшиванием материала в результате фотодимеризации остаточных антраценовых групп при однородном облучении светом с длиной волны 365 нм. Несинусоидальность фоторельефа снижает достижимую при полном отражении дифракционную эффективность до значений менее 0,20. Практическая значимость. Исследованная полимерная композиция может быть использована для формирования рельефно-фазовых дифракционных оптических элементов излучением в сине-зеленой области спектра, обеспеченной рядом мощных лазерных источников.

Предмет исследования. Исследованы основные подходы к математическому моделированию процесса взаимодействия оптического излучения с биологическими тканями. Метод. Метод Монте-Карло представляет аппроксимацию решения уравнения переноса излучения. Данное решение достигается с помощью выборки множества возможных траекторий световых квантов (пакетов фотонов) при прохождении через ткань. Полученная стохастическая модель позволяет моделировать распространение света в мутной (рассеивающей) среде. В работе рассмотрены основные типы взаимодействия фотонов с тканью: рассеяние, поглощение и отражение/преломление на границе среды. Основные результаты. Показаны эффективные методы моделирования задачи спектроскопии комбинационного рассеяния в мутных средах с учетом параметров детектора и объема выборки. Рассмотрены два принципиальных подхода к численному моделированию комбинационного рассеяния. На основе данных открытых научных работ показан вариант моделирования комбинационного рассеяния в нормальной многослойной коже человека в ближнем инфракрасном диапазоне длин волн. Представлены спектры комбинационного рассеяния срезов нормальной ткани кожи ex vivo для количественной оценки различных внутренних микроспектральных свойств различных слоев кожи. Приведено сравнение реконструированного спектра комбинационного рассеяния кожи с клинически измеренными спектрами кожи in vivo. Показано общее соответствие смоделированного процесса и экспериментальных данных. Практическая значимость. Показана возможность применения последовательного метода Монте-Карло для обработки данных в корреляционной широкопольной оптической когерентной томографии для исследования биологических объектов.

Предмет исследования. Представлены результаты измерения глубины поверхности тестового объекта с применением цифровой голографии. Выполнено сравнение полученного изображения с моделью, построенной на основе документации к калибровочному слайду. Метод. В предложенном голографическом микроскопе вместо окуляра использована линза с эффектом геометрической фазы, которая преобразует пучок с линейной поляризацией в пару пучков с круговыми поляризациями (расходящийся и сходящийся). Для получения фазового распределения применен метод параллельного фазового сдвига. С помощью поляризационной камеры за одну экспозицию зарегистрировано четыре интерферограммы, соответствующие четырем линейным проекциям интерферирующих волн с правой и левой круговой поляризациями. Основные результаты. Получены голограммы фазового объект-микрометра, по которым методом параллельного фазового сдвига проведено восстановление распределения фазового запаздывания, вносимого объектом. Для коррекции аберрации применено вычитание зарегистрированного фазового набега освещающей волны — экспериментально полученной фазы волнового фронта без объекта. Практическая значимость. Разработанный цифровой голографический фазовый микроскоп на основе геометрической фазовой линзы и поляризационной камеры позволяет корректно визуализировать профиль рельефа поверхности. Микроскоп может найти применение в качестве инструмента для мониторинга состояния биологических объектов, подвергаемых внешнему воздействию.

Предмет исследования. Исследована система цветоделения на основе разработанного цветового треугольника для проведения научных колориметрических исследований в микроскопии. Предложена система для выявления генетических или химических отклонений образцов по точному изменению цветности. Полученный цветовой треугольник охватывает весь видимый диапазон излучения и ориентирован на колориметрические системы КЗС и XYZ. Метод. Основываясь на методике преобразования цветовых пространств, получены кривые сложения нескольких разработанных систем. Подобраны наборы цветоделительных светофильтров под формы кривых на основе выбранной монохромной камеры. Проведено аналитическое исследование трех наборов, из которых выбран оптимальный. Аналитическое исследование системы цветоделения представлено в форме математического моделирования с 14 контрольными цветами из атласа Манселла. Выбранный набор системы экспериментально исследован на разработанной оптико-электронной установке, помещенной в черный короб для исключения световых и цветовых засветок. Одной из важных частей установки является отражающий экран: расположение соответствует рекомендациям освещения/наблюдения согласно Международной комиссии по освещению для измерения колориметрической характеристики образцов. Для объективного анализа измерений выбраны эталонные тест-объекты — стандартизированные цветные оптические стекла. Исследование было основано на оценке групп стекол: желтых, желто-зеленых, зеленых, сине-зеленых. Так как работе выполнено расширение цветового пространства в сторону выбранных цветов для получения точности цветопередачи. Основные результаты. При математическом моделировании эксперимента получено изменение цветности в среднем 0,016, а практический результат — 0,027. Средние значения цветности, полученные разработанной системой KZS равны 0,00877. Данный результат является качественнее полученных автором ранее значений при аналитическом исследовании современных систем цветоделения (лучшее значение при широком цветовом треугольнике — 0,00900 и худшее при небольшом треугольнике — 0,04. Практическая значимость. Результаты исследования позволяют признать разработанную систему KZS конкурентноспособной перед современными аналогами. Полученные параметры и характеристики будут использованы при внедрении разработанной системы цветоделения в монохромный цифровой микроскоп для улучшения цветопередачи в микроскопии.

Предмет исследования. Предложена концепция получения изображений, на основе которых возможно создание трехмерных моделей объектов. В частности, изображения содержат данные, необходимые для воссоздания объемной формы объекта. К таким данным относятся: длина и ширина моделируемого объекта, а также удлинение тени, отбрасываемой на базовую поверхность. Метод. В соответствии с концепцией, условием получения изображений, применимых для обработки, является использование разнесенной в пространстве генерирующей и регистрирующей оптическое излучение аппаратуры. Параметры ориентирования источника подсветки и камеры выбраны с учетом требований к фотограмметрическому качеству изображений. Основные результаты. Представлена характеристика геометрических искажений, возникающих при смене режима съемки с планового на перспективный, которая демонстрирует изменение соотношения сторон изображения в зависимости от угла наклона камеры. Рассмотрены особенности удлинения тени в зависимости от пространственного положения источника оптического излучения. Показано влияние параметров ориентирования средства оптической подсветки на протяженность тени, отбрасываемой на базовую поверхность. Обоснован выбор параметров взаимного ориентирования в пространстве источника оптической подсветки и регистрирующей оптическое излучение аппаратуры. Практическая значимость. Прогнозирование величины геометрических искажений изображений на этапе выбора параметров взаимного ориентирования аппаратуры двухэлементного активного оптико-электронного комплекса позволяет сохранить фотограмметрическое качество снимков и выполнить измерения длины и ширины объекта. Полученная величина удлинения тени в условиях искусственной оптической подсветки обеспечивает возможность передачи признаков на изображении для расчета аппликаты и воссоздания объемной формы объекта. Предложенная концепция регистрации изображений может найти применение при ведении топогеодезических и инженерных работ в условиях недостаточной естественной освещенности. Например, использование двухэлементного активного оптико-электронного комплекса обеспечит возможность получения трехмерных фотопланов местности географических районов с непродолжительным световым днем.

Предмет исследования. Рассмотрена задача адаптивного оптимального управления динамической системой, относящейся к классу условных вариационных задач с подвижными границами. Проведено вариационное и компьютерное исследования управляемого адаптивного движения материальной точки в задаче минимизации энергетического функционала качества с подвижной, заранее незаданной правой трансграницей. А также в случае, когда масса точки меняется в зависимости от нефиксированного конечного момента времени. Метод. Задача решена с использованием схем и процедур классического вариационного исчисления. Процедуры включают вывод вариации вспомогательного функционала качества, соответствующих уравнений Эйлера и адаптивного алгоритма оценивания. При решении общей условной вариационной задачи исследована полученная замкнутая система дифференциальных уравнений для формирования адаптивной оптимальной системы управления динамическим объектом с заданным функционалом качества. Основные результаты. Результаты безусловной постановки задачи обобщены на случай дополнительных дифференциальных (неголономных) и голономных связей. В вариационной адаптивной задаче оптимального управления условие трансверсальности сформулировано в терминах условия локального программирования. Достигнутые результаты имеют отношение к полученным конкретным уравнениям, выражениям и формулам относительно изучаемого модельного примера. Получены графики основных функций времени, определяющие характер движения объекта управления и качество переходных процессов. Практическая значимость. Разработанная вариационная схема адаптивного оптимального синтеза может быть использована при расчете и проектировании управляемых динамических систем. Построенная оптимизационная схема перспективна, в том числе для применения в системах, у которых время функционирования заранее не фиксировано. Предложенные алгоритмы адаптивного оптимального управления для целенаправленного движения изучаемой материальной точки успешно прошли тестирование в цифровом режиме и показали свою эффективность. Сделан вывод, что алгоритмы являются перспективными для дальнейшего использования в более сложных нелинейных адаптивных системах динамического оптимального регулирования.

Рассмотрены вопросы развития теорий робастности, грубости и бифуркаций динамических систем. В современной теории динамических систем и систем автоматического управления все более важными становятся исследования свойств грубости и робастности систем. Изучены методы алгебраического и частотного направлений исследований и обеспечения робастной устойчивости интервальных динамических систем. Приведены основные результаты оригинального алгебраического метода робастной устойчивости для непрерывного и дискретного времени. В частотном направлении исследованы вопросы частотно-робастного метода анализа и синтеза робастных многомерных систем управления на основе использования частотного числа обусловленности передаточной матрицы отношения «вход–выход». Изложены основные положения теории и метода топологической грубости динамических систем. Положения основаны на понятии грубости по Андронову–Понтрягину с введением меры грубости систем в виде числа обусловленности матриц приведения к диагональному (квазидиагональному) базису в особых точках фазового пространства. Сформулированы критерии бифуркаций динамических систем. Приложения метода топологической грубости использованы для исследований синергетических систем и их хаоса на примерах: системы Лоренца и аттрактора Ресслера; реакции Белоусова–Жаботинского; системы Чуа; систем «хищник–жертва» и «хищник–жертва–пища»; бифуркации Хопфа; экономических систем Шумпетера и Калдора; отображения Энона и других. Для исследования слабо формализованных и неформализованных систем предложено использование подхода аналогий теоретико-множественных топологий и абстрактного метода к таким системам. Дальнейшее исследование предполагает развитие теорий грубости и бифуркаций для сложных нелинейных динамических систем.

Предмет исследования. Многие задачи анализа графов могут быть сформулированы как задачи поиска путей с ограничениями в виде формальных языков. В последнее время задача достижимости в графе с заданными ограничениями в виде контекстно-свободных языков стала очень популярной и используется во многих областях, например, для запросов к графовым базам данных, для анализа RDF (Resource Description Framework) данных. Однако некоторые сложные ограничения на пути в графе не могут быть описаны с помощью контекстно-свободных языков, поэтому были предложены различные расширения. Многокомпонентные контекстно-свободные языки — одно из таких расширений. В данной работе представлены результаты разработки первого алгоритма поиска путей в графе с заданными ограничениями в виде многокомпонентных контекстно-свободных языков. Метод. Сущность предложенного алгоритма состоит в использовании набора булевых матриц и операций над ними для поиска путей в графе, удовлетворяющих заданным ограничениям. Основной операцией является умножение булевых матриц. В качестве результата алгоритм возвращает набор матриц, содержащий всю информацию, необходимую для решения задачи достижимости в графе с заданными ограничениями в виде многокомпонентного контекстно-свободного языка. Основные результаты. Представленный алгоритм реализован на языке Python с использованием стандарта GraphBLAS. Выполнен анализ реальных RDF данных и синтетических графов для некоторых классических многокомпонентных контекстно-свободных языков. Исследование показало, что при использовании разреженного формата для хранения матриц и параллельных вычислений для графов с десятками тысяч ребер время анализа может составлять 10–20 минут. Результат проведенного анализа представляет десятки миллионов пар достижимых вершин. Практическая значимость. Разработанный алгоритм может быть применен в задачах статического анализа программ, в биоинформатике, в сетевом анализе, а также в графовых базах данных, когда ограничения на пути в графе не могут быть выражены с помощью контекстно-свободных грамматик. Алгоритм основан на операциях линейной алгебры, что позволяет использовать высокопроизводительные библиотеки и задействовать современные параллельные вычислительные системы.

Предмет исследования. Исследована возможность автоматизации предсказания по небольшому набору данных оценки выраженности психологических особенностей по 16-факторному личностному тесту Р. Кеттелла пользователей социальной сети на основе анализа публикуемых ими на своей странице текстовых постов. Метод. Предложенный новый метод автоматизации оценки выраженности психологических особенностей по 16-факторному личностному тесту Р. Кеттелла включает в себя языковые модели и нейронные сети. Реализация метода предусматривает несколько шагов. На первом шаге происходит извлечение из аккаунтов пользователей социальной сети текстовых постов, их предобработка с помощью языковой модели RuBERT и ранее обученной достроенной над ней полносвязной нейронной сети. Итогом этого шага является нормализованное эмпирическое распределение постов по ранее введенным классам по каждому пользователю. Впоследствии на основе распределения постов пользователей производится оценка выраженности психологических особенностей пользователя с использованием метода опорных векторов, случайного леса и наивного байесовского классификатора. Основные результаты. Финальный набор данных для построения моделей и дальнейшего тестирования их работы составлен из 183 респондентов, прошедших тест Р. Кеттелла, со ссылками на их открытые аккаунты в социальной сети. Построены классификаторы, предсказывающие результаты для шести факторов (A, B, F, I, N, Q1) 16-факторного личностного теста Р. Кеттелла. Практическая значимость. Полученные результаты могут найти применение при создании прототипа автоматизированной системы предсказания оценки выраженности психологических особенностей пользователей социальной сети. Результаты работы полезны в прикладных и исследовательских системах, связанных с маркетингом, психологией и социологией, а также в области защиты пользователей от социоинженерных атак.

Предмет исследования. Электроэнергетическая система представляет собой сложную организационную структуру, которая обеспечивает рабочее взаимодействие для входящих в нее интеллектуальных электронных устройств, за счет определения их ролей, каналов связи и полномочий. Система управления современной электроэнергетической системой должна обеспечивать согласованность работы интеллектуальных электронных устройств на технологических этапах генерации, транспорта, распределения и потребления энергии. Недостатком существующих систем управления технологическими процессами в таких системах является использование иерархической структуры управления применительно к сетевой топологии. Это приводит к возникновению конфликтов ресурсов и процессов на этапах генерации, транспорта, распределения и потребления электроэнергии. Несогласованная работа устройств управления приводит к снижению эффективности функционирования энергетических объектов, что негативно влияет на качество электроэнергии в сети электроснабжения. Метод. Для синхронизации работы распределенных по сети интеллектуальных электронных устройств предложено обеспечивать их совместную работу через единый информационный центр в цифровой среде. При этом управление режимами работы сети электроснабжения осуществлено с применением цифровых двойников компонентов. Основные результаты. Цифровые двойники объектов электроэнергетической системы выполняют прогнозирование показателей качества электроэнергии, имитируют режимы работы взаимодействующих устройств в цифровой среде, а также контролируют управление компонентами сети электроснабжения для обеспечения рационального режима работы. Для достижения универсальности и быстродействия системы управления использован аппарат нечетких искусственных нейронных сетей, а для лучшего прогнозирования показателей качества электроэнергии в сети — ансамбли искусственных нейронных сетей. Практическая значимость. Разработана методика управления качеством электроэнергии на участках распределительной электрической сети с применением цифровых двойников, обеспечивающих взаимосвязь контролируемых показателей качества электроэнергии и регулируемых величин исполнительных механизмов интеллектуальных электронных устройств.

В современном образовательном процессе возникает потребность в автоматизации систем оценки ответов. Задача проверяющего усложняется при анализе теоретических ответов, так как их онлайн-оценка доступна только для вопросов с несколькими вариантами ответов. Преподаватель тщательно изучает ответ, прежде чем поставить соответствующую оценку. Для изучения ответов существующий подход требует дополнительных сотрудников и времени. В работе представлено приложение, основанное на оценке ответов с использованием обработки естественного языка и машинного обучения, которое включает голосовую подсказку для слабовидящих учащихся. Приложение автоматизирует процесс проверки субъективных ответов, рассматривая извлечение текста и признаков, а также классификацию баллов. Мерами оценки являются сходства: Term Frequency-Inverse Document Frequency (TF-IDF), векторов, ключевых слов и грамматики, которые рассматриваются для определения общего сходства между результатом учителя и оценкой системы. Полученные результаты показали, что система оценивает ответы с точностью 95 %. Предлагаемая методика предназначена для оценки результатов экзаменов учащихся, не умеющих писать, но умеющих говорить. Применение разработанного приложения позволит сократить затраты труда и времени преподавателя за счет сокращения ручного труда.

В настоящие время количество кибератак постоянно увеличивается, и борьба с ними остается сложной задачей. Киберпреступники используют различные стратегии для манипулирования и использования уязвимостей своих целей. Вредоносные URL-адреса — одна из таких стратегий, которая ориентирована на большие группы пользователей, находящихся в социальных сетях. В Интернете для привлечения пользователей преступники маскируют URL-адреса под безопасные. Преднамеренное или непреднамеренное использование таких URL-адресов подвергает опасности пользователя или организацию в киберпространстве и открывает путь для дальнейших атак. Системы, которые используют алгоритмы на основе правил или машинного обучения для поиска вредоносных URL-адресов, обычно полагаются на применение специальных функционалов. Это требует знания предметной области и опыта. Вместе с тем даже при извлечении опасных признаков из набора данных их потенциал может быть применен не полностью. В работе предложено использовать обработку естественного языка (Natural Language Processing, NLP) для векторизации слов в URL-адресах, а также моделей машинного и глубокого обучения для их классификации. Техника векторизации при обработке естественного языка позволяет снизить усилия по разработке признаков и максимально использует набор данных. Для эксперимента применены два набора данных, а для векторизации текста URL — три метода. Результаты эксперимента показали, что модели дерева решений (Decision Tree, DT) и метода случайного леса (Random Forest, RF) достигли точностей 99,4 % и 99,3 % с использованием машинного обучения с векторизаторами Count и Hash. Модели DT и метода опорных векторов (Support Vector Machine, SVM) обеспечили высокую точность 99,5 % с использованием меры Term Frequency-Inverse Document Frequency (TF-IDF). В модели глубокого обучения нейронной сети (Artificial Neural Network, ANN) получена точность 99,2 %, что выше в сравнении с использованием сверточной нейронной сети (Convolutional Neural Network, CNN).

Планирование рабочих процессов и предоставление ресурсов — две наиболее важные проблемы облачных вычислений. Разработка оптимальной стратегии планирования рабочих процессов в гетерогенной облачной среде чрезвычайно сложна из-за ее NP-полной природы. При планировании рабочего процесса используются различные алгоритмы оптимизации для получения пользователями качественного обслуживания (Quality of Service, QoS) от поставщиков облачных услуг. При этом поставщики услуг должны получать максимальную выгоду. Сегодня не существует такой модели, которая могла бы одновременно минимизировать время и стоимость выполнения работ при балансировке нагрузки между виртуальными машинами в гетерогенной среде с использованием подхода JAYA. В работе предложен гибридный алгоритм JAYA для минимизирования стоимости вычислений и времени выполнения работ при планировании рабочего процесса. Рассмотрена гетерогенная среда облачных вычислений, позволяющая равномерно распределять нагрузку между виртуальными машинами. Для достижения этих целей использованы эвристические подходы Task Duplication Heterogeneous Earliest Finish Time (HEFT-TD) и Predict Earliest Finish Time (PEFT). Длительность выполнения работ значительно сокращается благодаря HEFT-TD, основанному на таблице оптимистичных затрат (Optimistic Cost Table). Для распределения рабочей нагрузки между виртуальными машинами в гетерогенной среде использован жадный алгоритм. Жадный алгоритм назначает предстоящую задачу виртуальной машине с наименьшей нагрузкой. Рассмотрено изменение производительности, задержки завершения и время загрузки виртуальных машин. С целью проверки предложенной концепции для экспериментального анализа представленной модели использованы наборы данных Montage, LIGO, Cybershake и Epigenomics. Выполненные эксперименты показали, что рассмотренный гибридный подход превосходит более ранние алгоритмы по минимизации стоимости и времени его выполнения, такие как Cost Effective Genetic Algorithm (CEGA), Cost-effective Load-balanced Genetic Algorithm (CLGA), Cost effective Hybrid Genetic Algorithm (CHGA) и Artificial Bee Colony Algorithm (ABC).

Предмет исследования. Задача сокращения времени на покупку товаров первой необходимости особенно актуальна в случаях дефицита свободного времени покупателей. Для этого необходимо спрогнозировать и оценить время, которое требуется для покупки товаров. Традиционные подходы на основе картографических систем не дают оценки и прогноза, а лишь позволяют строить маршрут до нужного места на основе оценки дорожной ситуации. По этой причине актуальной является проблема разработки более современной модели с учетом таких факторов как инфраструктурное расположение и загруженность магазина, а также оценка пользователей. Метод. В работе предложена информационная модель, которая включает в себя такие временные затраты покупателя как поиск товара, маршрут до места реализации товара и покупка товара. Время, затрачиваемое на покупку товара, описано с помощью элементов теории массового обслуживания. Выделены статистические и прямые методы для оценки загруженности и очереди в магазине. Разработанная обобщенная модель содержит параметры, необходимые для оценки требуемого времени с помощью статистических методов, к которым относятся прогнозирование посещаемости на основе рейтингов и отзывов пользователей, анализ инфраструктурного расположения и общедоступных камер видеонаблюдения, общедоступные Application Programming Interface магазинов и интернет-сервисов. Введены поправочные коэффициенты, позволяющие скорректировать оценку параметров модели в зависимости от инфраструктурного расположения магазина и оценок пользователей. Основные результаты. Сформулирована новая информационная модель, позволяющая учитывать зависимость времени, необходимого на покупку товара экстренной необходимости, от загруженности магазина, его инфраструктурного расположения, рейтингов и отзывов пользователей. Имитационная модель разработана в среде AnyLogic. Продемонстрирован пример использования модели для оценки среднего времени, затрачиваемого на покупку товаров экстренной необходимости. Результаты моделирования согласуются с проведенным экспериментом, в котором были совершены покупки товаров экстренной необходимости в различных магазинах Санкт-Петербурга. Практическая значимость. Разработанная модель может быть использована при поиске оптимального маршрута к месту продажи товаров первой необходимости при планировании строительства магазинов, а также в сферах маркетинга и доставки товаров.

Предмет исследования. Существующие решения мобильной поддержки пациентов не позволяют адаптировать пользовательский интерфейс к потребностям конкретного пользователя. Это снижает вовлеченность пациентов в процесс использования системы. Недостаток оперативной информации приводит к снижению качества лечения и возникновению потенциальных осложнений. В работе предложен вариант новой интерактивной мобильной системы поддержки пациентов. Представленная технология позволяет пациентам вносить и отслеживать информацию о своем здоровье в мобильном приложении, а врачам получать возможность удаленно контролировать ход лечения. Метод. Рассмотрены и продемонстрированы модели отслеживания вовлеченности пользователей, такие как модель пропорциональных рисков Кокса и модель случайных эффектов. Проанализировано применение A/B тестирования для улучшения пользовательского опыта. Основные результаты. Разработаны и реализованы архитектура мобильного приложения и веб-приложение, а также их взаимодействие. Построены модели оценки рисков для пациентов с хроническими заболеваниями. Показана работа технологии интерактивной поддержки пользователей в рамках единой мобильной системы. Практическая значимость. Разработанные модели могут быть использованы для построения широкого спектра телемедицинских решений с поддержкой взаимодействия как с медицинскими специалистами, так и с пациентами в рамках 4П подхода в медицине.

Предмет исследования. Моделирование систем общественного транспорта с позиций теории сложных сетей имеет большое значение для повышения их эффективности и надежности. При этом важной задачей является анализ ролей узлов и взвешенных связей в сети, моделирующих группы остановок общественного транспорта и связывающие их маршруты. В настоящее время данная задача решена на основе только топологической и геопространственной информации о наличии маршрутов между остановками и их географическом положении. Такое ограничение приводит к проблеме неинтерпретируемости выделенных ролей. Для решения проблемы определения ролей в сетях в предложенной модели транспорта дополнительно учтена информация о социальной инфраструктуре вокруг остановок, а также осуществлено выделение совместно топологических, геопространственных и инфраструктурных ролей. Метод. Система общественного транспорта смоделирована с помощью специальной взвешенной сети — с атрибутами узлов. При этом узлы — непересекающиеся группы остановок, объединенные по геопространственному положению, атрибуты узлов — векторы, содержащие сведения о социальной инфраструктуре вокруг остановок, а взвешенные связи интегрируют информацию о расстоянии и количестве пересадок в маршрутах между остановками. Для идентификации модели достаточно использовать только открытые городские данные о системе общественного транспорта. Выделение ролей остановок выполнено путем кластеризации узлов сети в соответствии с их топологическими и атрибутивными признаками. Основные результаты. Предложена обобщенная модель системы общественного транспорта. Представлен новый подход решения задачи выделения ролей остановок, обеспечивающий интерпретируемость с топологической, геопространственной и инфраструктурной точек зрения. Модель идентифицирована на открытых данных Санкт-Петербурга об остановках подземного, троллейбусного и автобусного транспорта, а также организациях и предприятиях вокруг остановок. На основе данных найдены сбалансированные параметры объединения остановок, назначения весов связей и построения векторов атрибутов для последующего использования в задаче выделения ролей. Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы для определения транспортных и инфраструктурных недостатков реальных систем общественного транспорта, которые следует учитывать для улучшения функционирования этих систем в будущем.

В настоящее время большинство ИТ-организаций отдают предпочтение среде облачных вычислений, которая имеет распределенный и масштабируемый характер. При этом гибкая и открытая архитектура среды облачных вычислений привлекает большое внимание потенциальных злоумышленников из-за киберугроз. В данном случае система обнаружения вторжений (Intrusion Detection System, IDS) играет важную роль в отслеживании вредоносных действий в облачных системах. В работе представлен системный обзор существующих IDS, основанных на различных методах, таких как интеллектуальный анализ данных, машинное обучение и методы глубокого обучения. В последнее время методы глубокого обучения широко распространены в области обнаружения вторжений при решении проблем конфиденциальности и угроз безопасности. В связи с этим важно исследовать подходы к исследованию глубокого обучения, применяемых на разных этапах процесса обнаружения вторжений. Выполнено сравнение подходов глубокого обучения и поверхностных методов машинного обучения. Приведено описание наборов данных, наиболее часто используемых в системах обнаружения вторжений.

Рассмотрена многокритериальная методика отбора информативных наборов разнотипных признаков для количественной оценки состояния здоровья населения по 14 возрастным группам. Для сравнения выборок из двух классов (групп) сформировано унифицированное описание объектов по двум градациям номинальных признаков. Полученное описание использовано для синтеза латентных признаков и вычисления значений меры компактности объектов классов на числовой оси. Преобразование количественных признаков в градации номинальных реализовано по критерию поиска минимального покрытия их значений непересекающимися интервалами. Значения границ интервалов и их число определено рекурсивным алгоритмом с учетом принадлежности объектов к классам. Отмечено важное свойство преобразования — инвариантность к масштабам измерений. Предложена формула для вычисления функции принадлежности объектов классов по каждой градации признака. Значения функции применены при унификации описаний объектов и вычислении показателя устойчивости признака вне зависимости от его шкалы измерений. Унификация описаний по двум градациям не меняет показателя устойчивости, но увеличивает вклад каждой градации в разделение объектов классов. Ранжирование признаков по отношению к их устойчивости применено как для отдельных выборок, так и на множестве определяемых выборок. Результаты ранжирования по множеству выборок использованы для поиска закономерностей по отдельным признакам и формирования из них наборов для вычисления значений латентных признаков объектов. Множество из 13 выборок данных из представителей двух классов сформировано следующим образом. Первый класс представлен объектами младшей возрастной группы, второй — объектами разных возрастных групп. Определен набор из семи разнотипных признаков. По каждой из 13 выборок вычислены значения латентных признаков на этом наборе и меры компактности объектов классов на числовой оси. Получена монотонно неубывающая последовательность значений мер компактности выборок данных, инвариантных к порядку старшинства возрастных групп. Свойство монотонности значений последовательности согласуется с эмпирическими оценками состояния здоровья в процессе старения населения.

Интеллектуальные измерения привлекают к себе все большое внимание из-за ненадежности электромеханических измерений, больших затрат труда и времени. Существующие методы прогнозирования сосредоточены на работе с данными и не уделяют должного внимания полученным результатам. Точное прогнозирование потребления электроэнергии позволяет предоставлять услуги по планированию ресурсов, контролю действия по балансированию спроса и предложения. Пользователи получают выгоду при применении интеллектуального учета за счет эффективной интерпретации результатов использования энергии и благодаря экономичному) управлению затратами на электроэнергию. В работе представлена интеллектуальная аналитика энергопотребления с применением модели данных интеллектуального учета ECA-SMD для определения использования энергии. Модель включает предварительную обработку данных, извлечение признаков, классификацию и оптимизацию параметров. Использована классификация на основе машин экстремального обучения (Extreme Learning Machine, ELM) для определения оптимальных меток классов. Применен алгоритм оптимизации Shell Game Optimization для настройки параметров, участвующих в ELM и повышения эффективности классификации. Работоспособность модели ECA-SMD проверена с использованием обширного набора данных интеллектуальных измерений. Предложенная модель показала максимальную точность 65,9 % и среднеквадратичное отклонение 0,096.

Предмет исследования. Электрические и гибридные электрические трансмиссии в тяговом приводе имеют в составе источник питания ограниченной мощности. Поскольку тяговый привод работает в режиме источника момента, напряжение звена постоянного тока становится нестабильным и переходит в колебательный режим. Это приводит к срабатыванию программной защиты, которая предотвращает пробой тягового инвертора по перенапряжению. Граница перехода в колебательный режим определяется мощностью и величиной емкости, устанавливаемой в звено постоянного тока электрической трансмиссии. Для увеличения надежности тяговых инверторов электролитические конденсаторы большой емкости заменяются на пленочные конденсаторы малой емкости, что делает систему более склонной к колебаниям. Для решения подобной проблемы применяются методы активного демпфирования, позволяющие изменять динамические характеристики двигателя средствами системы управления. Пропорциональное регулирование мощности является самым простым методом, при котором тяговый привод имитирует RL-нагрузку. Метод пропорционального регулирования момента позволяет регулировать задание момента в соответствии с изменением напряжения звена постоянного тока. Метод. В работе представлен новый метод демпфирования с отрицательной связью по току звена постоянного тока. При этом момент корректируется динамически в зависимости от тока, потребляемого тяговым инвертором от общего звена постоянного тока электрической трансмиссии. Основные результаты. Методами математического моделирования выполнено сравнение известных и предложенного методов активного демпфирования напряжения звена постоянного тока. Разработаны математические модели в среде MATLAB Simulink, позволяющие исследовать демпфирующее способности при различных значениях мощности, потребляемой тяговым инвертором. Показано, что разработанный метод с отрицательной обратной связью по току звена постоянного тока обладает простотой настройки и наилучшей демпфирующей способностью. В сравнении с методами пропорционального регулирования мощности и пропорционального регулирования момента предложенный вариант обладает робастностью при настройке параметров, обеспечивает большой коэффициент демпфирования во всем диапазоне изменения мощности тягового привода и имеет малую длительность переходного процесса. Практическая значимость. Новый метод может быть использован для подавления колебаний напряжения звена постоянного тока на любых типах тяговых инверторов гибридных электрических и полностью электрических транспортных средств и обеспечивает стабильную и надежную работу оборудования.

Предмет исследования. Развитие микропроцессорной техники и силовой электроники позволило создавать недорогие и эффективные системы управления различными электромеханическими объектами, которые ранее широко не использовались из-за сложности управления. К таким устройствам можно отнести вентильно-индукторные электрические машины. Данные машины широко применяются в различных практических разработках, например, в тяговом электроприводе, в электроприводе нефтегазовых буровых установок и других направлениях. Вентильно-индукторная электрическая машина, несмотря на свои явные преимущества, является существенно нелинейным объектом, методы управления которым требуют формализации и группировки. Метод. Рассмотрены конструктивные и функциональные особенности вентильно-индукторных электрических машин, а также показаны основные методы их управления. Выполнен сравнительный анализ наиболее известных способов управления. Основные результаты. Приведены основные классические методы управления вентильно-индукторной электрической машиной: применение релейного регулятора тока с ограничением, метод регулирования углов включения/выключения и управление напряжением звена постоянного тока. Продемонстрированы переходные процессы в системе электропривода при использовании рассматриваемых методов. Показано, что путем регулирования углов включения/выключения получена возможность снижения коэффициента осцилляции вращающего момента. Практическая значимость. Выявленные особенности рассмотренных методов позволяют упростить и сократить время разработки эффективной системы управления вентильно-индукторной электрической машиной, а также уменьшить пульсации вращающего момента.

Предмет исследования. Рассмотрены вопросы, связанные с разработкой средств математического моделирования стационарных сверхзвуковых течений идеального сжимаемого газа с инертными частицами. Построена математическая модель, описывающая течение невязкого сжимаемого газа с инертными частицами в струе, истекающей из осесимметричного сопла, в затопленное пространство. Метод. При условии, что течение является сверхзвуковым вдоль одной из пространственных координат, уравнения Эйлера являются гиперболическими вдоль этой координаты. Для численных расчетов поля течения газа использованы метод конечных объемов и маршевый метод. Для интегрирования по маршевому направлению применена трехшаговая схема Рунге–Кутты. Процедура вычисления потоков включает реконструкцию значений искомых функций на гранях контрольных объемов из средних значений по контрольным объемам и решение задачи о распаде произвольного разрыва (задачи Римана). Для описания дисперсной фазы применен лагранжев метод пробных частиц. Эффекты обратного влияния частиц на течение несущего газа учтены не были, а эффекты вязкости и разреженности газового потока учтены только при взаимодействии газа с частицами. Расчет траекторий инертных частиц произведен в известном поле течения несущего газа. Основные результаты. Приведены траектории движения дискретных включений в струйных течениях с сильным недорасширением. Рассмотрено влияние размера частиц и координат точки ввода частиц в поток на особенности их переноса струйным потоком. Практическая значимость. Разработаны эффективные средства численного моделирования стационарных сверхзвуковых течений идеального сжимаемого газа с частицами в соплах и струях. Результаты расчетов могут представлять интерес для исследования обтекания тел сверхзвуковыми потоками газовзвеси и расчетов косых скачков уплотнения.

Предмет исследования. Изучены смешанные (симметрично/антисимметричные, symmetric/antisymmetric (S-A/A-S)) формы собственных колебаний тонкой прямоугольной пластины постоянной толщины, у которой две параллельные стороны жестко защемлены, а две другие свободны (CFCF-пластина, С — clamped, F — free). Метод. При удовлетворении всем условиям краевой задачи с помощью двух гиперболо-тригонометрических рядов координатной функции прогибов получена разрешающая бесконечная однородная система линейных алгебраических уравнений относительно неизвестных коэффициентов рядов. Использованы четные функции по одной координате и нечетные по другой координате для получения симметрично-антисимметричных форм колебаний. В качестве параметра указанная система содержит относительную частоту свободных колебаний. Нетривиальные решения редуцированной системы получены методом последовательных приближений в сочетании с перебором частотного параметра. Основные результаты. Численные результаты вычислены для спектра из первых шести смешанных S-A и A-S форм свободных колебаний тонкой квадратной CFCF-пластины постоянной толщины. Проведено сравнение собственных частот с результатами подобных исследований и с известными экспериментальными значениями. Изучено влияние на точность результатов количества членов, удерживаемых в рядах (размер редуцированной системы), и числа итераций. Представлены 3D-изображения найденных форм колебаний. Практическая значимость. Полученные результаты могут быть применены при проектировании различных датчиков и сенсоров, использующих явление резонанса.

Предмет исследования. Внедрение новых типов теплообменных аппаратов с фазовыми переходами и решение задач оптимизации конструктивных и эксплуатационных характеристик являются приоритетными в рамках программы энергосбережения. Известные методики расчета тепло-гидродинамических параметров потока холодильных агентов часто не учитывают специфику процессов кипения при отрицательных температурах, а также в каналах малого проходного сечения. В данной работе представлены результаты моделирования теплообмена при кипении хладагентов в каналах испарителей теплохладоэнергетических комплексов с учетом истинных параметров потока. Метод. Предложенная математическая модель кипения рабочего вещества в каналах различной формы основана на истинных параметрах потока, подразумевающих знание площадей сечений канала, занятых каждой из фаз. Значение истинного объемного паросодержания обеспечивает наиболее корректное моделирование двухфазных потоков в широком диапазоне режимных и геометрических параметров. В работе использованы уравнения материального и теплового баланса в сочетании с уравнением теплопередачи от окружающей среды к кипящему хладагенту. В качестве эмпирической составляющей применена карта режимов течения. Основные результаты. Разработана программа расчета предложенной системы уравнений, которая на каждом временном шаге решается итеративно с применением метода конечных объемов. Выполнено сопоставление результатов расчета с экспериментальными данными на моделях испарителей с каналами круглого и прямоугольного сечений с внутриканальным кипением холодильных агентов при положительной и отрицательной температурах насыщения. Показано, что погрешность расчетов не превышает 10 % для круглого и 20 % для прямоугольного проходного сечения. Результаты верификации показали возможность применения модели в рамках инженерных расчетов. Практическая значимость. Представленная математическая модель может быть положена в основу программ расчета существующих испарителей и при создании новых типов теплообменных аппаратов с внутритрубным кипением рабочего вещества. Рассмотренный метод позволяет оптимизировать как геометрические, так и тепло-гидродинамические параметры.

Предмет исследования. Одним из наиболее распространенных подходов к исследованию напряженно-деформированного состояния тонкостенных оболочечных конструкций под воздействием внешних сил является их компьютерное моделирование. Данное решение требует существенных временных затрат и высокопроизводительного аппаратного обеспечения, особенно при необходимости проведения сравнительного анализа различных конфигураций оболочек. В данной работе для повышения производительности моделирования предложено применение методов глубокого обучения. Выполнена разработка высокопроизводительного метода компьютерного моделирования тонкостенных оболочечных конструкций с использованием глубоких нейронных сетей, позволяющего учесть геометрические и физические свойства конструкции, а также прикладываемую к ней нагрузку. Метод. Основа метода состоит в подходе к обучению и архитектуре глубокой нейронной сети, способной выполнять компьютерное моделирование напряженно-деформированного состояния оболочки. Для формирования обучающего набора данных проведен вычислительный эксперимент моделирования 3904 конфигураций пологих двояковыпуклых оболочек разных линейных размеров, радиусов кривизны и используемых материалов. Выполнено обучение 30 глубоких нейронных сетей различных архитектур. Для выбора архитектуры, оптимальной с точки зрения точности моделирования, для каждой из обученных сетей на проверочном наборе данных рассчитана средняя абсолютная ошибка в процентах с отсечением околонулевых образцов. Основные результаты. Разработана нейронная сеть, позволяющая без существенных вычислительных затрат определить напряженно-деформированное состояние множества конфигураций оболочек под воздействием произвольной равномерно-распределенной нагрузки. Данное решение — первое в области нейросетевого моделирования оболочек, позволяющее задавать прикладываемую нагрузку, геометрические и физические параметры оболочки и получать результаты расчета в произвольной точке срединной поверхности оболочки. Проведено сравнение производительности классического моделирования и моделирования напряженно-деформированного состояния разработанной нейронной сети. Для одной конструкции моделирование в нейронной сети выполняется в течение 2 мс, что в 2117 раз быстрее по сравнению с классическим. При этом погрешность моделирования с использованием сети получена на допустимом уровне. Практическая значимость. Предложена оригинальная архитектура нейронной сети моделирования напряженно-деформированного состояния пологих двояковыпуклых оболочек. Архитектура путем незначительных модификаций может быть приспособлена для высокопроизводительного моделирования разных видов строительных конструкций. Осуществлено обучение глубокой нейронной сети, которая обеспечивает сокращение длительности вычислений на несколько порядков. Полученные результаты обладают высокой практической значимостью для исследователей в области моделирования тонкостенных оболочечных конструкций. Наиболее перспективным применением разработанного решения является прототипирование различных конфигураций оболочек. По окончании прототипирования наиболее эффективные конфигурации могут быть детально исследованы с использованием классических методов компьютерного моделирования.

Изложен новый взгляд на обеспечение качества автоматных программ. При этом вместо термина «верификация автоматных программ» предложено использовать термины «верификация автоматных моделей» и «валидация автоматных спецификаций». Первый термин применим при наличии формальной спецификации, а второй — при ее отсутствии, что более характерно для практики. Это позволяет более осмысленно подходить к пониманию того, как обеспечивать качество автоматных программ.