Оппортунистическая маршрутизация повысила эффективность и надежность в самоорганизующихся сетях когнитивной радиосвязи (CRAHN). Многие исследователи разработали модели оппортунистической маршрутизации, в том числе модель оппортунистической маршрутизации на базе карты спектра (SMOR), которая считается более эффективной моделью в этой области. Однако в SMOR существуют определенные ограничения, которые требуют внимания и устранения. В данной статье рассматривается проблема задержки и ухудшения коэффициента доставки пакетов из-за неучета пропускной способности сети. Чтобы решить эти проблемы, в базовой модели маршрутизации SMOR используется гибридный алгоритм оптимизации, состоящий из алгоритмов оптимизации Firefly и Grey Wolf. Разработанная таким образом гибридная модель маршрутизации SMOR на основе оптимизации Firefly и Grey-Wolf (HFGWOSMOR) повышает производительность за счет высокой локальной и глобальной поисковой оптимизации. Первоначально анализируется взаимосвязь между задержкой и пропускной способностью, а затем устанавливается совместная многолучевая связь. Предлагаемая модель маршрутизации также вычисляет значения энергии принимаемых сигналов в пределах порога полосы пропускания и периода времени, и, следовательно, проблемы с производительностью, обнаруженные в SMOR, решаются. Чтобы оценить её эффективность, предложенная модель сравнивается со SMOR и другими существующими моделями оппортунистической маршрутизации, которые показывают, что предлагаемая модель HFGWOSMOR работает лучше, чем другие модели.
Формально описаны нелинейные детерминированные дискретные отображения непрерывных каналов связи на основе функциональных рядов Вольтерра. Оценка сложности реализации нелинейных дискретно-аналогового и аналого-дискретного преобразований с заданными степенью нелинейности и размерностью сигналов демонстрирует значительную вычислительную сложность дискретно-аналогового и аналого-дискретного преобразований. Предложена структурная схема нелинейных дискретно-аналогового и аналого-дискретного преобразований на основе функциональных рядов.
Приведено описание системы идентификации дикторов по голосу, разработанной для конкурса по оцениванию систем распознавания дикторов NIST SRE 2012
Предложена Общесистемная структурно-функциональная модель процессов управления техническими системами (ТС) с детальным рассмотрением функций, составляющих процессы принятия решения. Модель представлена в виде IDEFO-диаграмм. С использованием этой модели определен функциональный состав модельных представлений ТС, используемых в процессе принятия управленческих решений. Определены правила классификации нештатных ситуаций и выявлены причины их возниконовения. Определены возможности и перспективы прикладного использования такой модели.
Определение функциональных границ моделей процессов управления состоя ниями технических систем производится на начальной стадии моделирования, и осуществляются эмпирическим путем. Ошибки, допущенные при их определении, ограничивают воз можности моделирования и автоматизации этих процессов. В статье рассматривается подход к определению функциональных границ этих процессов с использованием их SADT- моделей и предложены соответствующие методические рекомендации для решения этой задачи. Использование этих моделей и рекомендаций позволяет осуществлять целенаправ ленный поиск информации, требуемой для решения задачи определения функциональных границ рассматриваемых процессов и за счет этого существенно упростить её реше ние.
Продлённая аутентификация позволяет избавиться от недостатков, присущих статической аутентификации, например, идентификаторы могут быть потеряны или забыты, пользователь совершает только первоначальный вход в систему, что может быть опасно не только для областей, требующих обеспечения высокого уровня безопасности, но и для обычного офиса. Динамическая проверка пользователя во время всего сеанса работы может повысить безопасность системы, поскольку во время работы пользователь может подвергнуться воздействию со стороны злоумышленника (например, быть атакованным) или намеренно передать ему права. В таком случае оперировать машиной будет не пользователь, который выполнил первоначальный вход. Классификация пользователей во время работы системы позволит ограничить доступ к важным данным, которые могут быть получены злоумышленником. Во время исследования были изучены методы и наборы данных, использующихся для продлённой аутентификации. Затем был сделан выбор наборов данных, которые использовались в дальнейшем исследовании: данные о движении смартфона и смарт-часов (WISDM) и динамике активности мыши (Chao Shen’s, DFL, Balabit). Помочь улучшить результаты работы моделей при классификации может предварительный отбор признаков, например, через оценивание их информативности. Уменьшение размерности признаков позволяет снизить требования к устройствам, которые будут использоваться при их обработке, повысить объём перебора значений параметров классификаторов при одинаковых временных затратах, тем самым потенциально повысить долю правильных ответов при классификации за счёт более полного перебора параметров значений. Для оценивания информативности использовались метод Шеннона, а также алгоритмы, встроенные в программы для анализа данных и машинного обучения (WEKA: Machine Learning Software и RapidMiner). В ходе исследования были выполнены расчёты информативности каждого признака в выбранных для исследования наборах данных, затем с помощью RapidMiner были проведены эксперименты по классификации пользователей с последовательным уменьшением количества используемых при классификации признаков с шагом в 20%. В результате была сформирована таблица с рекомендуемыми наборами признаков для каждого набора данных, а также построены графики зависимостей точности и времени работы различных моделей от количества используемых при классификации признаков.
Эффективность экономики обусловлена оперативностью пресечения незаконного поведения хозяйствующих субъектов. В условиях ускорения деловой активности важной частью данного условия становится выявление рыночных сговоров на основе статистики электронных следов. В статье представлено решение этой задачи на основе кванто-теоретического подхода к моделированию принятия решений. А именно, когнитивные состояния субъектов представляются комплекснозначными векторами в пространстве, образованном базисными поведенческими альтернативами, тогда как вероятности принятия решений определяются проекциями этих состояний на соответствующие направления. Согласованность многостороннего поведения при этом соответствует запутанности порождающего когнитивного состояния, степень которой измеряется стандартными квантово-теоретическими метриками. Высокое значение метрики свидетельствует о вероятном наличии сговора между рассматриваемыми субъектами. Полученный таким образом метод выявления поведенческой координации апробирован на открытых данных об участии юридических лиц в государственных закупках за период с 2015 по 2020 годы, доступных на федеральном портале https://zakupki.gov.ru. Для использованной выборки построены квантовые модели примерно 80 тысяч уникальных пар и 10 миллионов уникальных троек ИНН. Достоверность выявления сговоров определялась сравнением подозреваемых с открытыми данными Федеральной антимонопольной службы https://br.fas.gov.ru. Согласно полученным функциям ошибок, половина известных парных сговоров выявляется с достоверностью более 50%, что сравнимо с методами выявления на основе классической корреляции и классической взаимной информации. В трёхстороннем случае, напротив, квантовая модель оказывается практически безальтернативной в силу ограниченности классических метрик двусторонней корреляцией. Половина таких сговоров выявляется с достоверностью 40%. Полученные результаты свидетельствуют об эффективности квантово-вероятностного подхода к моделированию многостороннего экономического поведения. Разработанные метрики могут быть использованы в качестве информативных признаков для аналитических систем и алгоритмов машинного обучения подобной направленности.
Повышение плотности записи в современных чипах NAND флеш-памяти, достигаемое как за счет уменьшающегося физического размера ячейки, так и благодаря возрастающему количеству используемых состояний ячейки, сопровождается снижением надежности хранения данных – вероятности ошибки, выносливости (числа циклов перезаписи) и времени хранения. Стандартным решением, позволяющим повысить надежность хранения данных в многоуровневой флеш-памяти, является введение помехоустойчивого кодирования. Эффективность введения помехоустойчивого кодирования в существенной степени определяется адекватностью модели, формализующей основные процессы, связанные с записью и чтением данных. В работе приводится описание основных искажений, сопровождающих процесс записи/считывания в NAND флеш-памяти, и явный вид плотностей распределения результирующего шума. В качестве аппроксимации полученных плотностей распределения результирующего шума рассматривается модель на основе композиции гауссова распределения и распределения Лапласа, достаточно адекватно отражающая плотности распределения результирующего шума при большом числе циклов перезаписи. Для этой модели проводится анализ помехоустойчивости каскадных кодовых конструкций с внешним кодом Рида-Соломона и внутренним многоуровневым кодом, состоящим из двоичных компонентных кодов. Выполненный анализ позволяет получить обменные соотношения между вероятностью ошибки, плотностью записи и числом циклов перезаписи. Полученные обменные соотношения показывают, что предложенные конструкции позволяют за счет очень незначительного снижения плотности записи обеспечить увеличение граничного значения числа циклов перезаписи (определяемого производителем) в 2–2.5 раза при сохранении требуемого значения вероятности ошибки на бит.
Транспортная система является одной из важнейших частей экономики страны. В то же время, рост интенсивности транспортного потока оказывает существенное отрицательное влияние на экономические показатели отрасли. Одним из способов повышения эффективности использования транспортной инфраструктуры является управление транспортными потоками. Решение задачи эффективного управления транспортными потоками в настоящее время часто осуществляется путем применения систем управления сигналами светофоров на регулируемых перекрёстках. В связи с развитием и постепенным внедрением самоорганизующихся автомобильных сетей, позволяющих обмениваться информацией между транспортными средствами и объектами инфраструктуры, а также развитием автономных транспортных средств другим перспективным подходом к решению рассматриваемой задачи является управление траекторией движения беспилотных транспортных средств. Как следствие, становится возможной постановка задачи совместного управления траекториями движения транспортных средств и сигналами светофоров для повышения пропускной способности перекрестков, снижения потребляемого топлива и времени движения. В данной работе представлен метод управления транспортным потоком на перекрестке, заключающийся в совместном управлении сигналами светофоров и траекториями движения подключенных/автономных транспортных средств. Разработанный метод сочетает метод адаптивного управления сигналами светофоров, основанный на детерминированной модели прогнозирования движения транспортных средств, и двухэтапный алгоритм построения траектории движения транспортных средств. Целевая функция оптимизации, используемая для построения оптимальных траекторий, учитывает расход топлива, время движения по дорожной полосе и время ожидания на перекрестке. Экспериментальные исследования разработанного метода проведены в системе микроскопического моделирования движения транспортных средств SUMO с использованием трех сценариев моделирования, включающих синтетические сценарии и сценарий движения в реальной городской среде. Результаты экспериментальных исследований подтверждают эффективность разработанного метода по критериям потребления топлива, времени движения и времени ожидания по сравнению с методом адаптивного управления сигналами светофоров.
В представленной работе рассматривается задача автоматизации и снижения сложности процесса разработки виртуальных тренажерных комплексов. Проведенный анализ предметной области показал необходимость перехода от монолитного подхода к сервис-ориентированному варианту архитектуры. Выявлено, что использование монолитной архитектуры при реализации виртуальных тренажерных комплексов ограничивает возможность модернизации системы, увеличивает ее программную сложность, затрудняет реализацию интерфейса для управления и мониторинга процесса подготовки. Представлена общая концепция микросервисной архитектуры виртуальных тренажерных комплексов, даны определения основных и второстепенных компонентов. Научная новизна исследования заключается в переходе от классической монолитной архитектуры в предметной области ВТК к микросервисной архитектуре и устранении недостатков данного подхода за счет реализации единого протокола обмена информацией между модулями и отделения процедур сетевого взаимодействия в программные библиотеки в каждом микросервисе для унификации и повышения надежности работы системы. Применение изолированных, слабо связанных микросервисов позволяет использовать оптимальные технологии, платформы и фреймворки для их реализации, отделить графический интерфейс инструктора тренажера от системы визуализации и виртуальной реальности, обеспечить возможность гибкой замены основных компонентов (визуализации, интерфейса, взаимодействия с виртуальной реальностью) без изменения архитектуры и влияния на остальные модули. Осуществлена декомпозиция структурной модели микросервисной архитектуры, представлена специфика функционирования основных компонентов. Рассмотрена реализация библиотек сетевого взаимодействия микросервисов и протокола обмена данных на основе JSON. Практическая значимость предложенной архитектуры состоит в возможности распараллеливания и снижения сложности процесса разработки и модернизации тренажерных комплексов. Проанализированы особенности функционирования систем, реализованных на предложенной микросервисной архитектуре.
Рассматриваются варианты применения сегментной спайковой модели нейрона с возможностью структурной адаптации для решения задач классификации. Проводится анализ современного состояния спайковых нейронных сетей. Делается вывод о крайне низком количестве работ по исследованию сегментных моделей нейрона. В качестве модели нейрона для данной работы обосновывается выбор сегментной спайковой модели. Приводится краткое описание такой модели, отмечены её основные особенности, позволяющие производить её структурное реконфигурирование. Описывается способ структурной адаптации модели ко входному паттерну импульсов. Приводится общая схема организации сегментных спайковых нейронов в сеть для решения задачи классификации. В качестве кодирования числовой информации в паттерны импульсов выбирается временное кодирование. Приводятся краткие результаты экспериментов по решению задачи классификации на общедоступных наборах данных ( Iris , MNIST). Делается вывод о сопоставимости полученных результатов с результатами, полученными классическими методами. Кроме того, приводится подробное пошаговое описание экспериментов по определению состояния телеуправляемого необитаемого подводного аппарата: определение расстояния такого аппарата до дна и определение характера его движения. Показано соответствие полученных результатов реальному состоянию телеуправляемого необитаемого подводного аппарата. Сделан вывод о перспективности применения спайковых сегментных моделей нейрона с возможностью структурной адаптации при решении задач классификации. Рассмотрены дальнейшие перспективные продолжения исследований основанных на сегментных спайковых моделях нейрона.
Развитие технологий секвенирования следующего поколения (NGS) внесло существенный вклад в тенденции снижения затрат и получения массивных данных секвенирования. В Институте аналитического приборостроения РАН разрабатывается аппаратно-программный комплекс (АПК) для расшифровки последовательности нуклеиновых кислот методом массового параллельного секвенирования (Нанофор СПС). Алгоритмы обработки изображений, входящие в состав АПК, играют существенную роль в решении задач расшифровки генома. Финальной частью такого предварительного анализа сырых данных является процесс base-calling. Base-calling — это процесс определения нуклеотидного основания, которое генерирует соответствующее значение интенсивности в каналах флуоресценции для различных длин волн на кадрах изображения проточной ячейки для различных циклов секвенирования методом синтеза. Приведен обширный анализ различных подходов к решению задач base-calling и сводка распространенных процедур, доступных для платформы Illumina. Рассмотрены различные химические процессы, включенные в технологию секвенирования методом синтеза, вызывающие смещения в значениях регистрируемых интенсивностей, включая эффекты фазирование / префазирование (phasing/prephasing), затухания сигнала (signal decay) и перекрестные помехи (cross-talk). Определена обобщённая модель, в рамках которой рассматриваются возможные реализации. Рассмотрены возможные подходы машинного обучения (machine learning) для создания и оценки моделей, реализующих этап обработки base-calling. Подходы ML принимают различные формы, включая обучение без учителя (unsupervised), обучение с ча-стичным привлечением учителя (semi-supervised), обучение с учителем (supervised). В работе показана возможность применения различных алгоритмов машинного обучения на основе платформы Scikit-learn. Отдельной важной задачей является оптимальное выделение признаков, выделенных в обнаруженных кластерах на проточной ячейке для машинного обучения. Наконец, на ряде данных секвенирования для приборов MiSeq Illumina и Нанофор СПС показана перспективность метода машинного обучения для решения задачи base-calling.
Одной из наиболее важных задач в практической сельскохозяйственной деятельности является идентификация сельскохозяйственных культур, произрастающих на отдельных полях в данный момент и ранее. Для снижения трудоемкости процесса идентификации в последние годы используются данные дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), в том числе значения индексов, рассчитываемые по ходу периода вегетации. При этом обработка оптических спутниковых снимков и получение достоверных значений индексов зачастую бывает затруднено из-за облачности во время съемки. Для решения этой проблемы в статье предложено использовать в качестве основного показателя, характеризующего сельскохозяйственную культуру, кривую сезонного хода радарного вегетационного индекса с двойной поляризацией (DpRVI). В период 2017-2020 гг. для идентификации культур на опытных полях Дальневосточного научно-исследовательского института сельского хозяйства (ДВ НИИСХ) было получено и обработано 48 радарных снимков Хабаровского муниципального района Хабаровского края со спутника Sentinel-1 (разрешение 22 м, интервал съемки − 12 дней). В качестве основных идентифицируемых культур выступали соя и овес. Также были добавлены пиксели полей, не занятых данными культурами (кормовые травы, заброшенные поля). Были получены ряды значений DpRVI как для отдельных пикселей и полей, так и аппроксимированные ряды для трех классов. Аппроксимация проводилась с использованием функции Гаусса, двойной логистической функции, квадратного и кубического полиномов. Установлено, что оптимальным алгоритмом аппроксимации является использование двойной логистической функции (средняя ошибка составила 4,6%). В среднем, ошибка аппроксимации индекса вегетации для сои не превышала 5%, для многолетних трав – 8,5%, а для овса – 11%. Для опытных полей общей площадью 303 га с известным севооборотом была проведена классификация взвешенным методом k ближайших соседей (обучающая выборка сформирована по данным 2017-2019 гг, тестовая -2020 г.). В результате верно идентифицировано 90% полей. Общая точность классификации по пикселям составила 73%, что позволило выявить несоответствие реальных границ полей заявленным, определить заброшенные и заболоченные участки. Таким образом, установлено, что индекс DpRVI может быть использован для идентификации сельскохозяйственных культур юга Дальнего Востока и служить основой для автоматического классифицирования пахотных земель.
Затруднительно или невозможно создать программное обеспечение, не содержащее ошибок. Ошибки могут приводить к тому, что переданные в программу данные вызывают нештатный порядок выполнения ее машинного кода. Разбиение на подпрограммы приводит к тому, что инструкции возврата из подпрограмм могут использоваться для проведения атаки. Существующие средства защиты в основном требуют наличия исходных текстов для предотвращения таких атак. Предлагаемая методика защиты направлена на комплексное решение проблемы. Во-первых, затрудняется получение атакующим контроля над исполнением программы, а во-вторых, снижается количество участков программ, которые могут быть использованы в ходе атаки. Для затруднения получения контроля над исполнением применяется вставка защитного кода в начало и конец подпрограмм. При вызове защищенной подпрограммы производится защита адреса возврата, а при завершении – восстановление – при условии отсутствия повреждения его атакующим. Для снижения количества пригодных для атак участков применяются синонимичные замены инструкций, содержащие опасные значения. Предложенные меры не изменяют алгоритм работы исходного приложения. Для проверки описанных решений была выполнена программная реализация и проведено ее тестирование с использованием синтетических тестов, тестов производительности и реальных программ. Тестирование показало правильность принятых решений, что обеспечивает устранение пригодных для атак участков и невозможность использования штатных инструкций возврата для проведения атак. Тестирование производительности показало 14 % падения скорости работы, что находится на уровне ближайших аналогов. Сравнение с аналогами показало, что количество реализуемых сценариев атаки для предложенного решения меньше, а применимость выше.
Рассматривается задача приведения конечного эффектора (центра схвата) антропоморфного манипулятора подводного аппарата в заданное положение за заданное время с помощью метода конечного состояния. На основе полученной кинематической модели антропоморфного манипулятора, построенной на основе подхода Денавита – Хартенберга (DH-модель), сформулирована динамическая модель, учитывающая динамику приводов сочленений. DH-модель использована в терминальном нелинейном критерии, отображающем близость ориентации и положения эффектора к заданным значениям. Динамическая модель приспособлена для эффективного применения авторского метода конечного состояния (МКС) и представляет собой систему дифференциальных уравнений для углов поворота звеньев манипулятора вокруг продольных и поперечных осей, правые части которой содержат только искомые МКС-управления. Такая модель позволила существенно упростить расчет управлений за счет упразднения численного решения дифференциальных уравнений специального вида, необходимых в случае использования в МКС нелинейных динамических моделей общего вида. Найденные МКС-управления далее использованы в выражениях для управляющих воздействий на электроприводы сочленений, полученных на основе динамических моделей электроприводов. Предполагается, что неизвестные параметры приводов, как функции углов поворота звеньев и других неизвестных факторов, могут быть определены экспериментально. Такая двухэтапная процедура позволила получить управление приводами в форме алгебраических и трансцендентных выражений. Наконец, представлены результаты моделирования процессов приведения конечного эффектора манипулятора в заданные положения на границах рабочей области с помощью разработанного программного обеспечения. Полученная при этом погрешность без учета погрешности измерений составила величины, не превышающие двух сантиметров на максимальном вылете руки длиной 1,2 метра. Работа выполнена в рамках федеральной целевой программы по разработке роботизированного аппарата, предназначенного для подводных исследовательских работ на малых глубинах (до 10 метров).
В этой статье используется всеохватывающая концепция сообществ для выражения социальных контекстов, в которых осуществляется человеческое творчество и происходит обучение. С появлением цифровых технологий эти социальные контексты, сообщества, в которых мы задействованы, радикально меняются. Новый ландшафт, созданный цифровыми технологиями, характеризуется новыми качествами, новыми возможностями для действий сообществ. Термин onlife заимствован из Манифеста Onlife и используется для обозначения сообществ нового типа, созданных современными цифровыми технологиями - сообществ onlife. Представлены принципы проектирования, направленные на развитие таких сообществ и поддержку их членов. Эти принципы составляют основу, которая подчеркивает концепцию перформативности, то есть то, что знания основаны на деятельности человека и действиях, выполняемых в определенных социальных контекстах, а не на развитии концептуальных представлений. Чтобы продемонстрировать использование структуры и соответствующих принципов, в статье представлено, как их можно использовать для анализа, оценки и переформулирования конкретной системы, относя ее к творчеству и обучению в области культурного наследия (преподавание и изучение истории). Одним из наиболее значительных результатов является принятие принципов, которые облегчают вовлечение студентов в учебный процесс, переходя от роли конечного пользователя к роли эксперта-пользователя при поддержке так называемых maieuta-дизайнеров. Результатом этого процесса является использование изученного программного обеспечения не только для потребления готового контента, но и для создания нового, сгенерированного студентами контента, предлагающего студентам новые возможности для обучения. Как показывает оценка, эти новые возможности обучения позволяют студентам развивать более глубокое понимание изучаемых тем.
Возможность подключения автономных транспортных средств к сетям порождает новые возможности для атак и, следовательно, потребность в развитии методов кибербезопасности. Таким образом, важно обеспечить, чтобы мониторинг сети в транспортном средстве включал в себя возможность точно обнаруживать вторжение и анализировать кибератаки на основе данных о транспортных средствах и журналов событий транспортных средств с учетом их конфиденциальности. В статье предложен и оценен метод, использующий характеризующую функцию и проведено его сравнение с подходом, основанным на искусственных нейронных сетей. Визуальный анализ соответствующих потоков событий дополняет оценку. Несмотря на то, что метод с характеризующей функцией на порядок быстрее, точность полученных результатов, по крайней мере, сравнима с таковой, полученной с помощью искусственной нейронной сети. Таким образом, этот метод представляет собой перспективный вариант для реализации во встраиваемых системах автомобиля. Кроме того, важным аспектом использования методов анализа в рамках кибербезопасности является объяснимость результатов обнаружения.
Рассматривается вопрос моделирования поведенческих функций животных, в частности, моделирование и реализация условного рефлекса. Производится анализ современного состояния нейронных сетей с возможностью структурного реконфигурирования. Моделирование осуществляется посредством нейронных сетей, которые строятся на основе сегментной спайковой модели нейрона с возможностью структурной адаптации к входному паттерну импульсов. Сегментная спайковая модель нейрона способна изменять свою структуру (размер тела клетки, количество и длина дендритов, количество синапсов) в зависимости от поступающего на её входы паттерна импульсов. Приведено краткое описание сегментной спайковой модели нейрона, отмечены её основные особенности с точки зрения возможности её структурного реконфигурирования. Описывается способ структурной адаптации сегментной спайковой модели нейрона к входному паттерну импульсов. Для исследования работы предложенной модели нейрона в сети, в качестве примера обосновывается выбор условного рефлекса, как частного случая формирования ассоциативных связей. Приведено описание структурной схемы и алгоритма формирования условного рефлекса как с положительным, так и с отрицательным подкреплением. Представлено пошаговое описание экспериментов по формированию ассоциативных связей вообще и условного рефлекса (как с положительным, так и с отрицательным подкреплением), в частности. Сделан вывод о перспективности применения спайковых сегментных моделей нейронов для повышения эффективности реализации поведенческих функций в нейроморфных системах управления. Рассмотрены дальнейшие перспективные направления развития нейроморфных систем, основанных на спайковых сегментных моделях нейрона.
Предлагается новый быстрый метод регистрации движения глаз в режиме реального времени на основе исследования гранично-ступенчатой модели полутонового изображения оператором Лапласиан – Гауссиана и нахождения нового предложенного дескриптора накопленных разностей (идентификатора точек), который отображает меру равноудаленности каждой точки от границ некоторой относительно монотонной области (например, зрачок глаза). Работа данного дескриптора исходит из предположения о том, что зрачок в кадре является наиболее округлой монотонной областью, имеющей высокий перепад яркости на границе, пиксели области должны иметь интенсивность меньше заранее заданного порога (но при этом зрачок может не являться самой темной областью на изображении). Учитывая все вышеперечисленные характеристики зрачка, дескриптор позволяет достичь высокой точности детектирования его центра и размера в отличии от методов, основанных на пороговой сегментации изображения, опирающихся на предположение о зрачке как наиболее темной области, морфологических методов (рекурсивная морфологическая эрозия), корреляционных или методов, исследующих только граничную модель изображения (преобразование Хафа и его вариации с двумерным и трехмерным пространствами параметров, алгоритм Starburst, Swirski, RANSAC, ElSe). Исследована возможность представления задачи трекинга зрачка как задачи многомерной оптимизации и ее решение неградиентным методом Хука –Дживса, где в качестве целевой функции выступает функция, выражающая дескриптор. При этом отпадает необходимость в вычислении дескриптора каждой точки изображения (составления специальной аккумуляторной функции), что значительно ускоряет работу метода. Проведен анализ предложенных дескриптора и метода, а также разработан программный комплекс на языке Python 3 (визуализация) и C++ (ядро трекинга) в лаборатории физико-математического факультета Камчатского государственного университета им. Витуса Беринга, позволяющий иллюстрировать работу метода и осуществлять трекинг зрачка в режиме реального времени.
В условиях текущей четвертой промышленной революции вместе с развитием компьютерных технологий увеличивается и количество текстовых данных. Следует понимать природу и характеристики этих данных, чтобы применять необходимые методологии. Автоматическая обработка текста экономит время и ресурсы существующих систем. Классификация текста является одним из основных приложений обработки естественного языка с использованием таких методов, как анализ тональности текста, разметка данных и так далее. В частности, недавние достижения в области глубокого обучения показывают, что эти методы хорошо подходят для классификации документов. Они продемонстрировали свою эффективность в классификации англоязычных текстов. Однако по проблеме классификации вьетнамских текстов существует не так много исследований. Последние созданные модели глубокого обучения для классификации вьетнамского текста показали заметные улучшения, но тем не менее этого недостаточно. Предлагается автоматическая система на основе длинной краткосрочной памяти и Word2Vec моделей, которая повышает точность классификации текстов. Предлагаемая модель продемонстрировала более высокие результаты классификации вьетнамских текстов по сравнению с другими традиционными методами. При оценке данных вьетнамского текста предлагаемая модель показывает точность классификации более 90%, поэтому может быть использована в реальном приложении.
Рассматриваются задачи выработки рекомендаций в сфере бюджетно-налоговой и торговой политики по противодействию экономическим санкциям на уровне как отдельных стран, подвергшихся таким санкциям, так и на уровне экономического союза, включающего такие страны. Исследования проведены на базе разработанной динамической многоотраслевой и многострановой вычислимой модели общего равновесия, которая описывает функционирование экономик девяти регионов планеты, включая пять стран Евразийского Экономического Союза. Исходные данные модели содержат построенные наборы согласованных матриц социальных счетов для исторического и прогнозного периодов на основе данных: базы Global Trade Analysis Project, национальных таблиц затраты-выпуск, международной торговли и данных Международного валютного фонда (включая прогнозные) по основным макроэкономическим показателям регионов. Получены результаты влияния на макроэкономические и отраслевые показатели стран Евразийского Экономического Союза и других регионов гипотетического сценария, предусматривающего введение с 2019 года дополнительных экономических санкций в отношении России со стороны некоторых регионов. Предлагается подход решения задач по противодействию политике санкций на базе теории параметрического регулирования путем постановки и решения ряда задач динамической оптимизации по определению оптимальных значений соответствующих инструментов бюджетно-налоговой и торговой политики на уровне отдельных стран Евразийского Экономического Союза и в целом. Результаты расчетов на базе модели протестированы на возможность их практического применения с помощью трех подходов, включая оценку устойчивости отображений значений экзогенных параметров откалиброванной модели в значения ее эндогенных переменных. Приведенные результаты демонстрируют для каждой страны Евразийского Экономического Союза большую эффективность применения согласованной экономической политики по противодействию санкциям, по сравнению с проведением такой политики отдельно на уровне этой страны.
Развитие работ по борьбе с астероидной опасностью требует построения и исследования областей космического пространства, перемещаясь в которых космические аппараты-перехватчики могут воздействовать на астероиды. В предлагаемой статье такие области названы рубежами атаки, пространственно-временные характеристики которых зависят от параметров орбит астероидов, а также фазовых координат узловых точек. В указанных точках происходит пересечение траекторией движения астероидов и плоскостей орбит космических аппаратов-перехватчиков. В случае воздействия космических аппаратов-перехватчиков на астероиды в узловых точках особую значимость приобретает исследование пространственно-временных характеристик рубежей атаки с учетом ограничений на относительные скорости сближения астероидов и космических аппаратов-перехватчиков. Для этого предлагается построить и проанализировать соответствующие зоны обратной досягаемости.
В состав разработанного комплекса моделей включена имитационная модель, с использованием которой генерируются случайные углы между проекциями векторов скоростей астероидов на плоскости орбит космических аппаратов-перехватчиков и текущими направлениями на годографы векторов их скоростей в узловых точках, а также аналитическая модель оценивания пространственно-временных характеристик рубежей атаки астероидов, задаваемых радиусами их наружных и внутренних границ и используемых для определенных значений соответствующих аргументов широт и времени прибытия космических аппаратов-перехватчиков в узловые точки.
Апробация разработанных моделей и исследование соответствующих характеристик рубежей атаки проведена в ходе вычислительных экспериментов по двухцикловому моделированию величин углов между проекциями векторов скоростей астероидов на плоскости орбит космических аппаратов-перехватчиков и текущими направлениями на годографы векторов их скоростей в узловых точках. Полученные результаты позволили провести верификацию и валидацию разработанных моделей, на основе чего был сделан вывод о требуемой степени их адекватности. Также предложена процедура оценивания параметров рубежей атаки, зависящих как от значений аргументов широт космических аппаратов-перехватчиков, так и высот их полета над поверхностью Земли. При этом обоснован подход к оцениванию пространственно-временных характеристик рубежей атаки астероидов космическими аппаратами-перехватчиками для любых внутриплоскостных параметров их орбит.
Предлагается разделенный на несколько модулей алгоритм для создания изображений полнотекстовых документов. Эти изображения можно использовать для обучения, тестирования и оценки моделей оптического распознавания символов (ОПР). Алгоритм является модульным, отдельные части могут быть изменены и настроены для создания желаемых изображений. Описывается метод получения фоновых изображений бумаги из уже оцифрованных документов. Для этого используется новый, основанный на вариационном автоэнкодере подход к обучению генеративной модели. Эти фоны позволяют сразу же сгенерировать такие же фоновые изображения, как те, на которых производилось обучение. Для получения правдоподобного эффекта старения в модуле печати текста используются большие текстовые блоки, типы шрифтов и вариативность изменения яркости символов. Поддерживаются несколько типов макетов страницы. Система генерирует подробную структурированную аннотацию искусственного изображения. Для сравнения реальных изображений с искусственно созданными используется программа Тессеракт ОПР. Точность распознавания приблизительно схожа, что указывает на правильность сгенерированных искусственных изображений. Более того, допущенные системой ОПР ошибки в обоих случаях очень похожи. На основе сгенерированных изображений была обучена архитектура сверточная кодер-декодер нейронная сеть полностью для семантической сегментации отдельных символов. Благодаря этой архитектуре достигнута точность распознавания 99,28% в тестовом наборе синтетических документов.
Один из эффективных подходов к организации помехоустойчивого кодирования в многоуровневой флэш-памяти связан с использованием каскадных конструкций на основе многомерных целочисленных решеток, используемых для построения внутреннего кода. Характерной особенностью таких каскадных конструкций является доминирование доли сложности внешнего декодера в общей сложности каскадного декодера. Учитывая, что в практических приложениях сложность декодирования, как правило, ключевое ограничение, определяющее возможность использования помехоустойчивого кодирования для многоуровневой флэш-памяти, каскадные конструкции со сравнительно малой сложностью внешнего декодера могут оказаться привлекательным решением в рамках обменного соотношения «плотность записи — сложность декодирования». Рассмотрена каскадная схема кодирования для многоуровневой флэш-памяти, в которой в качестве внутренней ступени используются коды на основе решеток Барнса — Уолла, а в качестве внешней ступени используется код Рида — Соломона с исправлением малого числа ошибок — не более 4…5.
Анализ помехоустойчивости предложенной каскадной схемы выполнен применительно к модели, отражающей основные физические особенности ячейки флэш-памяти с неравномерно расположенными целевыми уровнями напряжения в ячейке и дисперсией шума, зависящей от записанного значения (input-dependent additive Gaussian noise, ID-AGN). Для этой модели в работе развита модификация ранее предложенного авторами подхода к оценке вероятности ошибки декодирования внутреннего кода, основанная на использовании параллельной структуры кодовой решетки внутреннего кода, что позволяет существенно понизить сложность вычислений и ускорить получение окончательного результата. Приведены численные результаты, иллюстрирующие степень снижения достижимой плотности записи при введении ограничения на число исправляемых кодом Рида — Соломона ошибок — не более 4 — для широкого диапазона значений времени хранения данных и числа циклов перезаписи.
Определение нуклеотидной последовательности ДНК или РНК, содержащих от нескольких сотен до сотен миллионов звеньев мономеров позволяет получить подробную информацию о геноме человека, животных и растений. Расшифровывать структуру нуклеиновых кислот научились достаточно давно, однако первоначально методы расшифровки были низко производительными, неэффективными и дорогими. Методы расшифровки нуклеотидной последовательности нуклеиновых кислот принято называть методами секвенирования. Приборы, предназначенные для реализации методов секвенирования, называются секвенаторами. Секвенирование нового поколения, массовое параллельное секвенирование — это родственные термины, описывающие технологию высокопроизводительного секвенирования ДНК, при котором весь человеческий геном можно секвенировать в течение одного-двух дней. Предыдущая технология, используемая для расшифровки генома человека, потребовала более десяти лет, чтобы получить окончательные результаты.
В Институте аналитического приборостроения РАН разрабатывается аппаратно-программный комплекс для расшифровки последовательности нуклеиновых кислот патогенных микроорганизмов методом массового параллельного секвенирования.
Программное обеспечение, входящее в состав аппаратно-программного комплекса играет существенную роль в решении задач расшифровки генома.
Цель статьи — показать необходимость создания алгоритмов программного обеспечения аппаратно-программного комплекса для обработки сигналов, получающихся в процессе генетического анализа при решении задач расшифровки генома, а также продемонстрировать возможности этих алгоритмов. В работе рассмотрены основные проблемы обработки сигналов и методы их решения. В их числе: автоматическая и полуавтоматическая фокусировка, коррекция изображения фона реакционной ячейки, обнаружение изображений кластеров, оценка координат их положений, создание шаблонов кластеров молекул нуклеиновых кислот на поверхности реакционной ячейки, коррекция влияния интенсивностей соседних оптических каналов и оценка достоверности результатов генетического анализа.
Рассматривается задача исследования устойчивости планов применения средств управления активными подвижными объектами (АПО) – материальными объектами, перемещающимися в пространстве и осуществляющими информационное, вещественное и энергетическое взаимодействие с объектами и пунктами управления, другими АПО. Применение АПО по назначению обычно регламентируется жесткими требованиями, поэтому любая временная задержка или неполное достижение целевого эффекта недопустимы. Причиной срыва выполнения целевой задачи может быть разработка некорректного плана применения средств управления, процесс реализации которого оказывается неустойчивым вследствие влияния случайных факторов либо целенаправленных воздействий среды и других систем. В статье рассматриваются проблемные вопросы комплексного исследования устойчивости планов применения средств управления активными подвижными объектами. Авторами предлагаются количественные и качественные методы оценивания устойчивости планов, пути и способы обеспечения требуемых уровней устойчивости. При этом задача планирования рассматривается как динамическая, предусматривающая корректировку плана за счет организационных, структурных и программно-алгоритмических мероприятий по обеспечению устойчивости
Тенденция к увеличению количества транспортных средств, особенно в крупных городах, а также неспособность существующей дорожно-транспортной инфраструктуры распределять транспортные потоки, ведут к чрезмерной загрузке транспортных сетей и образованию дорожных заторов. Нерешенность данных проблем подчеркивает актуальность навигационных задач нахождения кратчайшего пути или оптимального маршрута движения. Несмотря на популярность этих задач, многие существующие коммерческие системы строят маршрут движения в детерминированных сетях, не учитывая зависящие от времени и стохастические свойства транспортных потоков. В работе рассматривается задача нахождения надежного маршрута движения в стохастической транспортной сети, максимизирующего вероятность прибытия в пункт назначения в течение заданного интервала времени. Надежный кратчайший путь учитывает дисперсию времени прохождения сегментов дорожной сети, что делает его более применимым для решения задач маршрутизации в транспортных сетях по сравнению со стандартными алгоритмами поиска кратчайшего пути, учитывающими только среднее время прохождения дорожных сегментов. Для описания времени прохождения сегментов дорожной сети предлагается использовать параметрически заданные устойчивые распределения вероятностей Леви. Использование устойчивых распределений позволяет перейти от операции вычисления свертки для определения надежности пути к пересчету параметров плотности распределения, что значительно сокращает время исполнения алгоритма. В работе решается задача нахождения адаптивного маршрута движения. Адаптивность подразумевает зависимость выбора следующего используемого дорожного сегмента от времени прибытия в вершину графа и определяется реальным состоянием дорожной сети. Экспериментальный анализ алгоритма, проведенный на крупномасштабной транспортной сети города Самара, показал, что представленный алгоритм позволяет значительно сократить время решения задачи нахождения надежного маршрута движения при незначительном увеличении времени проезда.
Сохранение культурного и исторического наследия разных народов мира и их тщательное изложение - это долгосрочное обязательство ученых и исследователей, работающих во многих областях. На протяжении веков каждое поколение стремится вести учет своего труда, чтобы его могли пересмотреть и изучить следующие поколения. За последние пару лет были разработаны новые информационные и мультимедийные технологии, которые представили новые методы сохранения, обслуживания и распространения огромного количества собранного материала. Эта статья призвана представить виртуальный музей, передовую систему, управляющую разнообразными коллекциями цифровых объектов, которые по-разному организованы с помощью сложной специализированной функциональности. Управление цифровым содержанием требует хорошо продуманной архитектуры, которая включает в себя сервисы для представления, управления и администрирования содержания. Все элементы архитектуры системы взаимосвязаны, поэтому точность каждого элемента имеет большое значение. Эти системы страдают от недостатка инструментов для интеллектуального курирования данных с возможностью проверки данных из разных источников и повышения ценности данных. В этой статье предлагается решение для интеллектуального курирования данных, которое может быть реализовано в виртуальном музее, чтобы предоставить возможность надлежащим образом наблюдать ценные исторические образцы. Решение сфокусировано на процессах валидации и верификации, чтобы предотвратить дублирование записей цифровых объектов, чтобы гарантировать целость данных и более точный поиск знаний.
Одной из наиболее актуальных задач, связанных с защитой облачных вычислений, является анализ криптостойкости гомоморфных шифров. Данная статья посвящена изучению вопроса о защищенности двух недавно предложенных гомоморфных криптосистем, которые, в связи с их высокой вычислительной эффективностью, могут быть использованы для шифрования данных на облачных серверах. Обе криптосистемы основаны на системах остаточных классов, что позволяет рассмотреть их с единых позиций. Именно использование систем остаточных классов делает применение этих криптосистем в реальных приложениях заманчивым с точки зрения эффективности по сравнению с другими гомоморфными шифрами, так как появляется возможность легко распараллелить вычисления. Однако их криптостойкость не была в достаточной мере изучена в литературе и нуждается в анализе.
Отметим, что ранее предшественниками была рассмотрена криптосистема похожая на один из шифров, криптостойкость которого исследуется. Была предложена идея адаптивной атаки по выбранным открытым текстам на эту конструкцию и дана оценка необходимого для раскрытия ключа количества пар <<открытый текст, шифртекст>>. Здесь проводится анализ этой атаки и показываем, что иногда она может работать некорректно. Также описывается более общий алгоритм атаки с известными открытыми текстами. Приводятся теоретические оценки вероятности успешного раскрытия секретного ключа с его помощью и практические оценки этой вероятности, полученные в ходе вычислительного эксперимента.
Защищенность второй криптосистемы не была исследована ранее в литературе. Изучена её стойкость к атаке с известными открытыми текстами. Проанализирована зависимость необходимого для взлома количества пар <<открытый текст, шифртекст>> от параметров криптосистемы и даны рекомендации, которые могут помочь улучшить криптостойкость.
Итог проведенного анализа заключается в том, что обе криптосистемы являются уязвимыми к атаке с известными открытыми текстами. Поэтому использовать их для шифрования конфиденциальных данных может быть небезопасно.
Основным алгоритмом, используемым в предложенных атаках на криптосистемы, является алгоритм поиска наибольшего общего делителя. Как следствие, время, необходимое для реализации атак, является полиномиальным от размера входных данных.
Одной из важнейших задач современной робототехники является разработка роботов для выполнения рутинных, вредных и опасных видов работ без непосредственного участия человека. Несмотря на активное развитие технологий искусственного интеллекта, на данный момент робототехнические системы не способны заменить человека при решении сложных задач в динамической среде. Наиболее перспективными для применения в ближайшее время являются роботы, реализующие копирующий тип управления, или так называемое виртуальное присутствие оператора. Принцип копирующего управления построен на захвате движения удаленно находящегося оператора и формировании управляющих сигналов для приводов робота. Для управления приводами могут использоваться следящие системы или системы на основе планирования движения. Следящие системы более просты, однако системы на основе планирования движения позволяют добиться большей плавности движения и меньшего износа деталей объекта управления. Для реализации управления на основе планирования движения вводится искусственная задержка между движениями оператора и объекта управления для накопления необходимых данных.
Цель исследования — устранение задержки, возникающей при управлении приводами антропоморфного манипулятора на основе решения обратной задачи динамики при копирующем типе управления в масштабе реального времени. Предлагается использовать для планирования движения не измеренные, а прогнозные значения обобщенных координат руки оператора. На основе измеренных значений обобщенных координат руки оператора формируются временные ряды и выполняется их прогнозирование. Прогнозные значения обобщенных координат используются при планировании траектории движения антропоморфного манипулятора и решении обратной задачи динамики. Прогнозирование осуществляется методом линейной регрессии, имеющим относительно малую вычислительную сложность, что является важным критерием для работы системы в масштабе реального времени.
Разработанный математический аппарат позволяет на основе параметров прогнозирования и максимальных допустимых ускорений движения приводов манипулятора найти теоретическую оценку пределов значений ошибки прогнозирования траектории движения руки оператора при использовании предлагаемого подхода для конкретных задач.
Проведенная программная симуляция в среде Matlab подтвердила адекватность полученной теоретической оценки максимального значения ошибки прогнозирования, а также перспективность предлагаемого подхода для проверки на практике.
В последние годы появляются видеошлемы с виртуальной реальностью и дополненной реальностью, завоевывая все большую популярность во многих отраслях. Видеошлемы обычно используются для развлечений, социального взаимодействия, образования, но также увеличивается процент применения их для работы в таких областях, как медицина, моделирование и симуляция. Несмотря на недавний выпуск многих типов видеошлемов, две основные проблемы препятствуют их повсеместному внедрению на основной рынок: чрезвычайно высокая стоимость и недостатки пользовательского интерфейса [1]. Иллюзия 3D-изображения в видеошлемах достигается с помощью технологии, называемой стереоскопией. Приложения стереоскопического изображения таковы, что скорость передачи данных, а в мобильных приложениях - хранилище быстро становится узким местом. Поэтому необходимы эффективные методы сжатия изображений. Стандартные методы сжатия изображений не подходят для стереоскопических изображений из-за дискретных различий между сжатыми и несжатыми изображениями. Проблема в том, что потеря в алгоритме сжатия изображений с потерями может размыть мельчайшие различия между изображениями «левого глаза» и «правого глаза», которые имеют ключевое значение для создания иллюзии 3D-восприятия. Однако для достижения более эффективного кодирования существуют различные методы кодирования, которые могут быть применены к стереоскопическим изображениям. Методы сжатия стереоизображений, которые можно найти в литературе, используют дискретное вейвлет-преобразование и алгоритм морфологического сжатия, применяемый к коэффициентам преобразования. В нашей статье представлен обзор и сравнение доступных методов сжатия стереоскопических изображений, так как до сих пор не существует метода, который считается наилучшим для всех критериев. Мы хотим проверить методы с пользователями, которые на самом деле будут потенциальными пользователями видеошлемов, и поэтому будут подвержены этим методам. Кроме того, мы сосредоточили наше исследование на недорогих видеошлемах потребительских уровня, которые должны быть доступны для большей части населения.
Одной из основных функций системы защиты информации является идентификация любого субъекта доступа с целью возможности расследования инцидентов информационной безопасности (ИБ). В ходе выполнения процедур сканирования и эксплуатации уязвимостей квалифицированные злоумышленники регулярно производят смену идентифицирующих признаков. Подобные действия не только обфусцируют данные в подсистемах аудита, затрудняя возможность восстановления хронологии событий эксперту ИБ, но и ставят под сомнение неопровержимость доказательной базы причастности конкретного злоумышленника к конкретным противоправным действиям. В статье приводится анализ применения современных подходов идентификации злоумышленников в веб-ресурсах, не требующих проведения аутентификации для основной пользовательской аудитории (методы fingerprinting, анализ поведенческих признаков). Авторами рассмотрены признаки пользователя, которые могут быть использованы для решения задачи его последующей идентификации. С использованием широко применяемых в задачах веб-аналитики «тепловых карт», адаптированного профиля пользователя и компьютерной модели динамики системы «пользователь-мышь» авторами предлагается проводить идентификацию субъектов инцидента ИБ в общедоступных информационных ресурсах сети Интернет. Основная идея предполагаемого подхода заключается в том, что при построении тепловой карты должны учитываться не только плотность расположения данных, а также определяемые экспертом статистические параметры (дистанция градиента интенсивности, дистанция перекрытия и т.д.). Авторами предлагается учитывать и динамику действий пользователя (например, вычисление среднего времени ввода данных в интерактивные элементы). В статье содержится пошаговое описание каждого шага соответствующей методики, а также информация по ее практической реализации. Робастность данного подхода подтверждается практическим экспериментом. Предложенная методика не является универсальным средством идентификации злоумышленника – во внимание принимаются только ручные таргетированные атаки, не учитывается использование злоумышленниками cURL инструментов и т.д. Поэтому рекомендуется использовать его исключительно в дополнение к действующим системам защиты (WAF, IPS, IDS).
В настоящей статье представлен подход к извлечению робастного водяного знака из изображений, содержащих текст. Извлечение данных основано на разработаном подходе к внедрению робастного водяного знака в текстовые данные, отличающегося устойчивостью к преобразованию текстовых данных в формат изображения. Проведен сравнительный анализ существующих подходов к стеганографическому внедрению информации в текстовые данные, определены их достоинства и недостатки. Обоснован выбор группы методов стеганографического внедрения информации, основанных на форматировании текста. В качестве алгоритма встраивания выбран подход на основе изменения величины межстрочных интервалов. Приведены блок-схема и описание разработанного алгоритма встраивания информации в текстовые данные. Осуществлена экспериментальная оценка емкости встраивания и границ перцептивной невидимости встроенных данных. На основе существующих ограничений разработан подход к извлечению встроенной информации из изображений, содержащих робастный водяной знак. Базовым в процедуре извлечения встроенной информации выбрано преобразование Радона, позволяющее извлекать значения величин межстрочных интервалов. Для выделения значений битов встроенной информации был выбран подход на основе разделения смеси нормальных распределений, поскольку полученное распределение является бимодальным. Экспериментально установлены границы применимости, а также дана оценка робастности разработанного подхода встраивания к осуществлению различных преобразований. Определены следующие параметры робастности разработанного подхода к осуществлению преобразований: поворот изображения, содержащего встроенные данные на любой угол, масштабирование изображения с множителем масштабирования не превыщающим 1,5; преобразование в любой формат растрового изображения; применение медианного фильтра к изображению с пределом ядра свертки не более 9, гауссовского фильтра размытия -- с пределом показателя размытия не более 8 и усредненного фильтра с пределом ядра свертки не более 5.
Объектами данного исследования являются существующие и перспективные информационные технологии, формирующие основу концепций «Индустрия 4.0» и кибер-физических систем (КФС), и соответствующие предприятия, на которых они внедряются. В статье в качестве примеров таких предприятий рассматриваются транспортно-логистические и промышленные предприятия. Цель проведенных исследований состоит в анализе влияния интеллектуальных информационных технологий (ИИТ), разрабатываемых в рамках проектов «Индустрия 4.0» и соответствующих кибер-физических систем, на изменения принципов и способов управления указанными предприятиями в настоящее время и в ближайшем будущем. В статье на конкретных практических примерах проводится иллюстрация происходящих изменений, вызванных внедрением ИИТ. Анализ литературы и практических примеров Индустрии 4.0 показал, что наряду с развитием информационных и инженерных технологий Индустрии 4.0 в экономической части управления транспортно-логистическими и промышленными предприятиями отсутствует четкое понимание и описание бизнес-моделей, в рамках которых эти технологии могут применяться. Проанализированные примеры из практики позволяют сделать вывод, что технологии Индустрии 4.0 и киберфизических систем используются контекстно в виде лишь ограниченного набора той или иной функциональности. Основная же идея Индустрии 4.0 и КФС — создание самоорганизующихся и самоадаптирующихся динамических сетевых структур поставок на протяжении всего жизненного цикла изделий для реализации максимально гибкого индивидуального производства с затратами массового поточного производства — на данный момент реализована лишь в ряде исследовательских проектов. В статье предложена оригинальная интерпретация сервис-ориентированного подхода к описанию и решению задач оценивания и выбора эффективных стратегий использования ИИТ на существующих и перспективных предприятиях. Данная интерпретация базируется на разрабатываемой авторами статьи теории управления структурной динамикой сложных объектов.
Современные системы преобразования текста в речь обычно обеспечивают хорошую разборчивость. Одним из главных недостатков этих систем является отсутствие выразительности по сравнению с естественной человеческой речью. Очень неприятно, когда автоматическая система передает утвердительные и отрицательные предложения совершенно одинаково. Введение параметрических методов в синтезе речи дало возможность легко изменять характеристики говорящего и стили речи. В этой статье представлен простой способ включения стилей в синтезированную речь, используя стилевые коды.
Предлагаемый метод требует всего лишь пару минут заданного стиля, чтобы смоделировать нейтральную речь. Он успешно применяется как в скрытых марковских моделях, так и в синтезе на основе глубоких нейронных сетей, предоставляя стилевой код как дополнительный вклад в модель. Аудирование подтвердило, что наибольшая выразительность достигается за счет синтеза глубоких нейронных сетей по сравнению с синтезом скрытых марковских моделей. Также доказано, что качество речи, синтезированное глубокими нейронными сетями в определенном стиле, сопоставимо с речью, синтезированной в нейтральном стиле, хотя база данных нейтральной речи примерно в 10 раз больше. Глубокие нейронные сети на основе синтеза речи по тексту со стилевыми кодами изучаются путем сравнения качества речи, создаваемой системами одностилевого моделирования и многостилевого моделирования. Объективные и субъективные измерения подтвердили, что между этими двумя подходами нет существенной разницы.
Естественность — один из важнейших аспектов синтезированной речи. Современ-ные параметрические синтезаторы речи требуют обучения на большом количестве аннотированных речевых данных, чтобы иметь возможность передавать просоди-ческие элементы, такие как тоническое ударение и фразовый граничный тон. Наиболее часто используемый инструментарий для просодической аннотации речи в американском английском языке — Индексы Тонов и Просодических швов — ToBI, которые также были адаптированы для использования на других языках. В настоящей статье представлены некоторые недостатки ToBI в синтезе речи на аме-риканском английском языке, которые связаны с отсутствием тегов, специально предназначенных для обозначения различий в уровне просодии (акцента), связан-ной с конкретной частью предложения. В данном исследовании предлагается вве-дение набора тегов, предназначенных для точного моделирования степени просо-дии, а именно определенная составляющая предложения может быть особо под-черкнута, если она является намеченным фокусом высказывания или ее роль пре-уменьшена, как это обычно бывает с фразами, сообщающими о прямой речи или комментариями.
С помощью нескольких аудирований было продемонстрировано, что изучение просодической модели на основе данных имеет определенные преимущества пе-ред подходами, пытающимися использовать существующие теги ToBI для переда-чи степени акцента в синтезированной речи: речь, синтезированная нейронной сетью, обученной на данных с тегами уровня просодии, представляется более естественной, и слушатели могут с большим успехом отыскать просодическую составляющую предложения.
Представлены последние усовершенствования в распознавании сербской речи, достигнутые с использованием современных глубоких нейронных сетей, основанных на применении дискриминативного обучения на последовательностях для акустического моделирования. Описываются несколько вариантов новой системы распознавания слитной речи с большим словарем (LVCSR), которая основанна на обучении по критерию максимальной взаимной информации (LF-MMI) без использования решетки. Параметры системы варьировались таким образом, чтобы достичь наименьших значений ошибки распознавания слов (WER) и ошибки распознавания символов (CER) при использовании самой большой существующей речевой базы данных сербского языка и наилучшей n-граммной языковой модели общего назначения. В дополнение к настройке самой нейронной сети (числа слоев, сложности, объединения элементов слоя и т.д.) для получения наилучших результатов были исследованы и другие ориентированные на конкретный язык способы оптимизации, такие как использование акценто-зависимых моделей гласных фонем и их сочетание с тональными признаками. Также была исследована настройка речевой базы данных, которая включает в себя искусственное расширение базы данных путем изменения скорости речевых высказываний и масштабирование уровня громкости для учета вариативности речи.
Результаты экспериментов показали, что 8-слойная глубокая нейронная сеть с 625 нейронами в каждом слое работает в данных условиях работает лучше других сетей без необходимости увеличения речевой базы данных или регулировки громкости. Кроме того, тональные признаки в сочетании с использованием акценто-зависимых моделей гласных обеспечивают наилучшие показатели точности во всех экспериментах. Ключевые слова: глубокая нейронная сеть, автоматическое распознавание речи, обучение на последовательностях, LF-MMI, акценты, основной тон, сербский.
Отсутствие достаточного количества данных шепотной речи для обучения является серьезной проблемой для современных систем автоматического распознавания речи (АРР). Из-за большого акустического различия между обычной и шепотной речью АРР системы значительно снижают производительность при обработке шепота.
В статье приведен анализ подходов к распознаванию нейтральной и шепотной речи на основе традиционных скрытых марковских моделей (СММ) для дикторозависимых (SD) и дикторонезависимых (SI) случаев. Особое внимание уделяется распознаванию шепотной речи с использованием нейтральной речи на этапе обучения (сценарий N/W). Система АРР разработана для распознавания изолированных слов из базы данных (Whi-Spe), включающей пары слов реально произнесенной речи нейтрально и шепотом. В сценарии N/W увеличение надежности достигается с применением предлагаемого частотного преобразования, изначально разработанного для сжатия и декомпрессии речевого сигнала в цифровых телекоммуникационных системах. Вместе с тем сохраняются хорошие показатели в распознавании нейтральной речи.
По сравнению с базовой моделью распознавания с применением Мел-частотных кепстральных коэффициентов (MFCC) точность распознавания слов с использованием кепстральных коэффициентов, полученных с помощью предложенного частотного деформирования (обозначаемого как μFCC), улучшена на 7,36% (SD) и 3,44% (SI) в абсолютных значениях. Кроме того, F-мера (гармоническое среднее значение точности и полноты) для векторов признаков μFCC увеличивается на 6,90% (SD) и 3,59 %(SI). Статистические тесты подтверждают значимость достигнутого улучшения точности распознавания.
Анализ и синтез сетей связи, основанный на критериях устойчивости, предполагает рассмотрение простых и удобных для понимания показателей, слабо привязанных к классическому понятию вероятности выхода объекта из состояния работоспособности. Подобные детерминированные показатели устойчивости (связность, пара связностей, линейный функционал связности, число остовых деревьев) позволяют, пусть и весьма приближенно, решать целый комплекс задач, связанных с оценкой надежности и живучести сложноразветвленных сетей связи. Вследствие достаточно простого аналитического вида линейного функционала связности для синтеза структур оказывается возможным использовать аналитический метод, представленный в работе. При этом общая постановка задачи для синтеза связных графов формулируется как поиск графа с заданным числом ребер, вершин и с фиксированными значениями их весовых коэффициентов, имеющего максимальное значение линейного функционала связности. В целом для детерминированных показателей характерен и достаточно серьезный недостаток, проявляющийся в невозможности учета особенностей функционирования отдельных линий связи. Кроме того, для структур общего типа, где выражение линейного функционала не сводится к аналитическому виду, конструктивность такого показателя связности структур сетей связи (графов) оказывается менее выраженной. В теоретических исследованиях относительно структур общего типа линейный функционал слабо коррелирует с уже существующими понятиями (например, с реберной связностью). Поэтому, несмотря на то, что он, как показатель связности (надежности), может быть применен для оценки любой структуры, при исследовании структур общего типа более рационально использовать такие показатели связности, которые все же каким-либо образом согласовывались с понятиями, используемыми в теории графов.
Решается задача слежения для нелинейного объекта по выходу в условиях внешних ограниченных возмущений, недоступных для измерения. Объект управления описывается гладкими функциями, для которых может быть определена их относительная динамическая степень. Функция возмущений удовлетворяет условию Липшица. Использованы стандартные модельные преобразования для перехода к описанию динамики объекта в ошибках. При синтезе алгоритма используется итеративная процедура с количеством шагов, равных показателю относительной динамической степени объекта. Предложенная система управления представляет собой робастную модификацию алгоритма обратного обхода интегратора и сохраняет его структуру. Ключевые изменения в алгоритме состоят в использовании метода вспомогательного контура для оценки и компенсации сигнала возмущения, а также в модельных преобразованиях, позволяющих уменьшить количество фильтров в системе управления. Метод вспомогательного контура дает возможность на каждом шаге синтеза алгоритма ввести в рассмотрение модель желаемой динамики ошибок слежения, что является основой для оценки величины возмущающего воздействия. Для оценки неизвестных сигналов и их производных используются известные наблюдатели с сильной обратной связью. Доказана сходимость ошибок слежения и наблюдения в замкнутой системе за конечное время с настраиваемой точностью, зависящей от величины возмущающих воздействий и параметров регулятора. Эффективность алгоритма подтверждена результатами компьютерного моделирования. Приведены графики работы предложенного метода и ближайшего аналога в режимах стабилизации и слежения, и представлены количественные показатели, позволяющие оценить качество регулирования. Практическая применимость метода рассмотрена на примере задачи управления лабораторным стендом «Twin Rotor MIMO System», который воспроизводит динамику винтокрылого летательного аппарата.
В работе рассмотрена каскадная схема кодирования для многоуровневой флэш-памяти, внутренняя ступень которой представляет собой конечное подмножество многомерной целочисленной решетки (lattice code), а в качестве внешней ступени используется код Рида — Соломона.
Анализ помехоустойчивости предложенной каскадной схемы выполнен применительно к модели, отражающей основные физические особенности ячейки флэш-памяти с неравномерно расположенными целевыми уровнями напряжения в ячейке и дисперсией шума, зависящей от записанного значения (input-dependent additive Gaussian noise, ID-AGN). Для этой модели в работе развит новый подход к вычислению вероятности ошибки декодирования внутреннего кода на основе одномерного численного интегрирования произведений характеристических функций случайных величин, используемых декодером при вынесении решения. Показано, как при увеличении времени хранения и/или числа циклов перезаписи адаптировать параметры предложенной каскадной конструкции с тем, чтобы сохранить требуемый уровень вероятности ошибки.
В статье описаны основы построения и примеры практической реализации систем (платформ) для создания и предоставления тематических сервисов с использованием данных дистанционного зондирования Земли. Принципиальными особенностями таких систем должны являться, во-первых, возможность интеграции территориально распределенных информационных ресурсов, включающих разнородные наземно-космические данные и расчетно-аналитические модули, во-вторых, максимально полная автоматизация этих процессов, обеспечивающая взаимодействие с неподготовленным (в смысле информационных технологий) пользователем. Показано, что базовым подходом для создания таких систем может являться сервис-ориентированная архитектура. На основе сравнительного анализа существующих и перспективных информационных технологий проведен выбор необходимого состава компонентов информационной платформы для создания и предоставления тематических сервисов (ИПТС). Конструктивность и реализуемость предложенного подхода демонстрируется на примерах практической апробации ИПТС при создании тематических сервисов.
В работе предлагается алгоритм синтеза устройства управления непрерывным техническим объектом с неопределенными параметрами, заданными в интервальной форме, доставляющего системе параметрическую робастность. Для обеспечения робастности проектируемой системы использована концепция относительной интер-вальности интервальных математических объектов: скаляр, вектор, численная характе-ристика матрицы, в качестве которой в алгоритме синтеза использован ее след. Задача решается методом медианного модального управления на медианные значения стан-дартных показателей качества системы, дополненного контролем относительной интер-вальности следа матрицы состояния спроектированной системы, представляющего собой аддитивную композицию ее собственных чисел, что гарантирует требуемые значения относительной интервальности интервальных значений стандартных показателей системы. Показано, что, если желаемое медианное поведение проектируемой системы задается с помощью модели, матрица состояния которой имеет кратные собственные числа кратности равной размерности вектора состояния, то относительная интервальность следа матрицы проектируемой системы совпадает с относительной интервальностью кратного числа. При этом появляется возможность изменения относительной интервальности интервального следа матрицы состояния проектируемой системы с помощью механизма изменения его медианной составляющей, реализуемого введением обратной связи по вектору состояния непрерывного технического объекта. Полученные результаты иллюстрируются примером.
Крупногабаритные трансформируемые конструкции космического базирования доставляются на орбиту в сложенном состоянии, в следствии чего встает задача их надежного раскрытия. В данной статье предлагается использовать в качестве исполнительного органа привод в виде электрической машины. Применение данного вида актюатора позволит управлять процессом раскрытия.
В качестве крупногабаритной трансформируемой конструкции рассматривается рефлектор космического базирования. В настоящее время перевод аппаратов из сложенного состояния в рабочее осуществляется поэтапно. В работе рассмотрено совместное выполнение двух этапов: разворот корневого звена спицы и выдвижение промежуточного звена. Разработаны математические модели для вращательного и поступательного видов движений, учитывающие такие параметры как изгиб и сжатие спицы. Проведено моделирование и проанализированы результаты различных вариантов совместного раскрытия элементов рефлектора: использование двигателя на каждую из компонент движения и использование центробежной силы для выдвижения спицы.
Рассмотрено применение алгоритма коррекции параметров структуры управления. Одним из важных достоинств алгоритма является возможность построения управления в режиме реального времени. Его можно использовать для вычисления опорного управления в алгоритмах, основанных на принципе двухканальности.
Исследуется задача построения нелинейных и линейных определенных в конечном поле генераторов квазиортогональных матриц семейства Адамара с малым количеством отличных между собой значений их элементов, не превосходящих по абсолютной величине 1, и глобальным или локальным значением детерминанта. Проанализированы свойства таких динамических систем, приведена классификация полученных с их помощью семейств матриц и их орнаментов, показан путь доказательства существования вещественных и целочисленных матриц, отличный от средств комбинаторного подхода. Значения, которым равны элементы матрицы, названы ее уровнями. Введены понятия адамаровой нормы и определителя квазиортогональной матрицы. Уровни, адамарова норма и определитель играют фундаментальную роль в определениях классов обобщенных матриц семейства Адамара. Выделены классы матриц Адамара, Белевича (конференц-матриц), Себерри (взвешенных матриц), Мерсенна, Эйлера, Одина (Зейделя), Ферма. Приведены формулы для значений их уровней. Орнаменты матриц Эйлера отвечают на вопрос максимальной сложности структуры матриц Адамара — бицикл с двойной каймой.
Современные средства обработки потока видеоданных для цветового кодирования используют принцип постоянной яркости, предложенный при разработке аналоговой системы цветного телевидения NTSC. Этот принцип, как и его реализации, не свободен от недостатков: потеря информации о четкости кодируемых цветных изображений, ухудшение различимости ахроматических деталей по мере увеличения насыщенности цветов и другие. Кроме того, применение прореживания цветоразностных компонентов (4:2:2, 4:2:0, 4:1:1) в цифровых системах обработки видеоданных также искажает декодируемое видеоизображение.
Для кодирования цветовой видеоинформации существует альтернативный подход — применение принципа постоянной цветовой яркости. В работе представлен сравнительный анализ принципов постоянной яркости и постоянной цветовой яркости. Показано, что при использовании принципа постоянной цветовой яркости можно получить выигрыш более 6 дБ.
В работе предлагаются вещественная и целочисленные реализации принципа постоянной цветовой яркости. Выполнен сравнительный анализ разработанных реализаций и целочисленной реализации принципа постоянной яркости, показавший преимущество использования принципа постоянной цветовой яркости для некоторых современных процессоров.
Повышения качества декодируемых изображений в цифровых системах кодирования видеоинформации можно достичь, применив принцип постоянной цветовой яркости.
Исследования являются частью работ по созданию маломерного робо-тизированного научно-исследовательского судна для комплексного экологического мониторинга морской прибрежной акватории Черного моря, а также озер и рек, с базированием в г. Севастополе. На основе сформированной аналитической нелинейной модели судна катамаранного типа с двумя винто-рулевыми колонками, учитывающей его массогабаритные и тяговые характеристики, разработаны первоначальный и упрощенный способы управления угловой скоростью и курсом судна при «сильных» маневрах с использованием метода конечных состояний. Под «сильными» маневрами в судовождении понимаются маневры с большими углами перекладки рулей, когда линеаризованные модели судов неприменимы. Разработанные способы управления имеют вид простых структур, явно зависящих от задающего воздействия, длины судна, упоров винто-рулевых колонок, момента инерции судна, а также известных нелинейных функций текущего состояния – скоростей по продольной и поперечной осям судна, угловой скорости и угла поворота винто-рулевых колонок. В упрощенном способе значения измерений скоростей не используются.
Данная статья посвящена отбору и оценке речевых признаков, используемых в задаче автоматической текстонезависимой верификации диктора. Для решения поставленной задачи была использована система верификации диктора, основанная на модели Гауссовых смесей и универсальной фоновой модели (GMM-UBM система).
Рассмотрены область применения и проблемы современных систем автоматической идентификации диктора. Произведен обзор современных методов идентификации диктора, основных речевых признаков, используемых при решении задачи идентификации диктора, а также рассмотрен процесс извлечения признаков, использованных далее. К рассмотренным признакам относятся мел-кепстральные коэффициенты (MFCC), пары линейного спектра (LSP), кепстральные коэффициенты перцептивного линейного предсказания (PLP), кратковременная энергия, формантные частоты, частота основного тона, вероятность вокализации (voicing probability), частота пересечения нуля (ZCR), джиттер и шиммер.
Произведена экспериментальная оценка GMM-UBM системы с применением различных наборов речевых признаков на речевом корпусе, включающем в себя записи 50 дикторов. Признаки отобраны с помощью генетического алгоритма и алгоритма жадного добавления-удаления.
Используя 256-компонентные Гауссовы смеси и полученный вектор из 28 признаков, была получена равная ошибка 1-го и 2-го рода (EER), составляющая 0,579 %. По сравнению со стандартным вектором, состоящим из 14 мел-кепстральных коэффициентов, ошибка EER была уменьшена на 42,1 %.
Целью работы является построение алгоритма аналитического конструирования последовательного компенсатора в задаче управления техническим объектом с запаздыванием на основе модификации типовых полиномиальных моделей. Получена аналитическая связь характеристической частоты и частоты среза передаточной функции прямой ветви желаемой типовой полиномиальной модели. На основе данной связи произведена модификация типовых полиномиальных моделей с учетом величины запаздывания технического объекта.
Управление техническим объектом с запаздыванием с помощью последовательного компенсатора обладает рядом преимуществ. К ним относятся: минимальный объем измерительной информации для его реализации, представляемый сигналом ошибки воспроизведения системой задающего воздействия, что снимает необходимость введения в состав системы динамического наблюдателя для формирования сигналов оценки компонентов вектора состояния объекта; отсутствие проблемы ненулевых начальных условий, которые могут возникнуть при кратковременных нарушениях нормального функционирования системы, порождаемых наличием в составе системы динамического наблюдателя; простота процедуры конструирования последовательного компенсатора, а также единообразие этой процедуры для технических объектов типа «одномерный вход-одномерный выход» и типа «многомерный вход-многомерный выход».
В статье рассматривается история развития технологий построения ре-конфигурируемых вычислительных систем на основе кристаллов ПЛИС различных семейств. Описано пять поколений реконфигурируемых вычислительных систем с высокой плотностью компоновки, созданных на основе ПЛИС, начиная с Xilinx Virtex-E и заканчивая современными ПЛИС Virtex UltraScale. Представлены последние достижения в области проектирования энергоэффективных реконфигурируемых вычислительных систем с высокой реальной производительностью – разработанная система жидкостного охлаждения для кристаллов Virtex UltraScale, которая обеспечивает автономную циркуляцию охлаждающей жидкости в вычислительном модуле с размерами 3U на 19" для охлаждения 96-128 кристаллов ПЛИС с выделяемой суммарной тепловой мощностью 9,6-12,8 кВт. Отличительными характеристиками разработанной погружной системы жидкостного охлаждения являются высокая эффективность охлаждения с резервом мощности для проектируемых перспективных семейств ПЛИС, нечувствительностью к протечкам и их последствиям и совместимость с традиционными системами водяного охлаждения на базе промышленных чиллеров.
Для решения задач группового управления РТК на различных уровнях необходима разработка аппаратуры передачи данных, к которой предъявляются повышенные требования. Рассмотрены проблемы выбора методов и алгоритмов реализации помехоустойчивых каналов связи для робототехнических комплексов специального и военного назначения тяжелого класса. Обосновано, что аппаратура передачи данных для робототехнических комплексов должна быть специализированной, строиться на основе эффективных сигнально-кодовых конструкций, использовать различные методы адаптации канала радиосвязи к изменяющимся условиям эксплуатации (помеховая обстановка, условия распространения). Рассмотрены особенности и варианты построения аппаратуры передачи данных для группового управления роботами, показаны преимущества и недостатки схем временно́го и частотного уплотнения каналов (абонентов).
Платформа Smart-M3 позволяет создавать программные приложения как интеллектуальное пространство, в котором агенты, выполняемые на разнообразных устройствах вычислительной среды, взаимодействуют через совместное накопление и использование информации. Актуальной задачей является поддержка работоспособности приложения в условиях возникновения сбоев в сетевых вычислительных средах. В данной статье рассматривается понятие программной инфраструктуры для Smart-M3 приложения и предлагаются два решения для обеспечения его устойчивости к сбоям. Первое решение определяет сервис управления содержимым, который обеспечивает сохранность объемных данных и их целостность за счет делегирования функций хранения выделенному элементу инфраструктуры приложения. Второе решение состоит из механизмов восстановления сетевых соединений. Для экспериментального исследования используется существующее Smart-M3 приложение — система интеллектуального зала SmartRoom. На ее примере показана эффективность применения предлагаемых решений.
В статье обсуждается проблема разработки системы мониторинга ледовой обстановки в Арктике и обеспечения безопасности судоходства по Северному морскому пути с использованием интеллектуальных ГИС. Демонстрируется пример корректировки маршрута движения судов по участку Северного морского пути с учетом ледовой обстановки в районе на основе разработанной системы мониторинга.
Рассматривается модель уведомлений для организации взаимодействия множества программных агентов в интеллектуальном пространстве. Модель предназначена для проблемно-ориентированной разработки программных приложений на платформе Smart-M3, используя такие возможности, как операция подписки и онтологическое представление информации. Набор требуемых вариантов взаимодействия описывается на основе онтологии уведомлений, расширяющей исходную онтологию предметной области приложения. Реализация взаимодействия сводится к выполнению каждым агентом подписки на нужные варианты взаимодействия из онтологии уведомлений. Применимость модели показана на примере программной системы SmartScribo, реализующей интеллектуальное пространство для мультиблоггинга. Выполненный экспериментальный анализ показывает приемлемую для таких приложений производительность.
Потребность в эффективных алгоритмах обработки строк возникает во многих практических задачах. Одним из наиболее универсальных подходов является применение суффиксных деревьев. Однако, данная структура имеет высокие требования к памяти, что ограничивает область её применения. В данной статье на примере задачи о максимальной симметричной подстроке рассматривается способ, позволяющий частично устранить данный недостаток. Описанный способ может быть использован и для других задач.
В настоящей статье предлагается оптимизация вычисления одновременной маскировки речевого сигнала для реализации в задачах реального времени. Показана трудоемкость циклической свертки для итерационного алгоритма Тоома-Кука длины 4 и алгоритма на основе БПФ. Делается вывод об эффективности предлагаемых решений по вычислительной сложности и по объемам занимаемой память.
1 - 25 из 58 результатов