Работая с сайтом, я даю свое согласие на использование файлов cookie. Это необходимо для нормального функционирования сайта, показа целевой рекламы и анализа трафика. Статистика использования сайта обрабатывается системой Яндекс.Метрика

Принять

Научный журнал Моделирование, оптимизация и информационные технологииThe scientific journal Modeling, Optimization and Information Technology

cетевое издание
issn 2310-6018

отправить
статью

метаданные статей за последние 2 года

Обзор нейросетевых моделей для решения задач прогнозирования аварийных ситуаций и обеспечения безопасности функционирования нефтегазовых скважин

2024. T.12. № 1. id 1472

Сулавко А.Е. Васильев В.И. Клиновенко С.А. Ложников П.С. Сувырин Г.А. Гузаиров М.Б.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.44.1.017

Проведено аналитическое исследование проблемы предупреждения аварийных ситуаций и предиктивной диагностики оборудования при добыче углеводородов на нефтегазовых месторождениях, а также способов решения данной проблемы путем использования искусственного интеллекта, основанного на глубоких нейронных сетях. Одним из ключевых факторов, сдерживающих развитие систем предиктивной диагностики оборудования, является недостаток данных, описывающих предаварийные ситуации, которые необходимы для качественного обучения нейросетевых моделей. Приводится обзор публикаций и исследований последних лет по тематике анализа телеметрических данных и распознавания аварийных ситуаций. Рассматриваются нейросетевые модели, которые могут быть использованы для прогнозирования выхода из строя насосно-компрессорного оборудования и других агрегатов. Изучены случаи применения нейросетевых моделей, специально обученных для решения данной задачи, а также нейросетевые модели, используемые в иных задачах, но анализирующие схожие структуры данных. Поднимается вопрос переноса обучения, чтобы адаптировать нейросетевые модели, изначально разработанные и обученные для других областей, к использованию в рассматриваемой области, в целях уменьшения объема выборки при обучении промышленного искусственного интеллекта. Проведено сравнение достигнутых результатов, обозначены преимущества и недостатки существующих технических решений.

Ключевые слова: искусственные нейронные сети, предиктивная диагностика, машинное обучение, временные ряды, телеметрия, техническое обслуживание, наборы данных

Распознавание дизартричной речи по фонемам с использованием скрытых марковских моделей

2024. T.12. № 1. id 1471

Бредихин Б.А. Антор М. Хлебников Н.А. Мельников А.В. Бачурин М.В.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.44.1.002

Актуальность работы обусловлена сложностями устного взаимодействия людей с нарушениями речи с нормотипичными собеседниками, а также низким качеством распознавания аномальной речи стандартными системами распознавания речи и невозможностью создания системы, способной обработать любые нарушения речи. В связи с этим данная статья направлена на разработку метода автоматического распознавания дизартричной речи с применением предобученной нейронной сети для распознавания фонем и скрытых марковских моделей для преобразования фонем в текст и последующей коррекции результатов распознавания с помощью поиска в пространстве допустимых слов ближайшего по расстоянию Левенштейна слова и динамического алгоритма разбиения выхода модели на отдельные слова. Основное преимущество использования скрытых марковских моделей по сравнению с нейронными сетями заключается в малом размере обучающего набора данных, собираемого индивидуально для каждого пользователя, а также в простоте дообучения модели в случае прогрессирующих нарушений речи. Описывается набор данных для обучения модели, и даются рекомендации по сбору и разметке данных для обучения модели. Эффективность предложенного метода проверяется на индивидуальном наборе данных, записанных человеком с дизартрией; качество распознавания сравнивается с нейросетевыми моделями, обученными на используемом наборе данных. Материалы статьи представляют практическую ценность для создания средства дополненной коммуникации для людей с нарушениями речи.

Ключевые слова: скрытые марковские модели, дизартрия, автоматическое распознавание речи, распознавание фонем, коррекция фонем

Разработка гибридной атмосферно-подводной оптической системы связи

2024. T.12. № 1. id 1468

Али М. Саклаков В.М.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.44.1.032

Подводные оптические беспроводные коммуникации являются перспективными беспроводными носителями данных для обеспечения подводной деятельности, ориентированной на использование беспроводных систем 5G и выше (5GB). Основными проблемами для развертывания подводных приложений являются физико-химические свойства и сильная турбулентность в канале трансляции. В связи с этим в настоящей работе проводится анализ сквозной производительности гибридной системы атмосферного канала связи (FSO) и подводной беспроводной связи в видимом свете (UVLC) при модуляции интенсивности или прямого обнаружения (IM/DD) в методе с учетом схемы амплитудно-импульсной модуляции (PAM). В ходе данного исследования для решения проблем, связанных с условиями канала с умеренной и сильной турбулентностью используется модель замираний с распределением Гамма-Гамма (GG), а линии связи проектируются путем объединения моделирования плоских волн в соответствующие звенья. Предлагаемые методы работы обеспечивают более высокую достижимую скорость передачи данных с минимальной задержкой отклика, а также улучшает сетевую связь в сценариях мониторинга в реальном времени по сравнению с традиционными технологиями подводной беспроводной связи. Результаты моделирования позволяют достоверно оценить такие показатели производительности системы, как среднее значение частоты битовых ошибок (ABER) и вероятность сбоя (Pout) при наличии ошибок наведения. Наконец, в данной работе используется подход Монте-Карло для наилучшей подгонки кривых и подтверждается численное выражение результатами моделирования.

Ключевые слова: сети 5G и 5GB, кооперативная связь, оптическая связь, подводная связь, подводные сенсорные сети (USNs), световая связь VLC

Спектроскопия в околоинфракрасном диапазоне (fNIRS) как гибридная система: обзор

2024. T.12. № 1. id 1459

Самандари А.М.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.44.1.005

Сенсорные устройства и технологии биомедицинской визуализации, используемые в сценариях клинического применения, необходимы для получения полной картины состояния пациентов, но эти технологии, несмотря на их выдающиеся преимущества, не лишены недостатков. Исходя из принципа взаимодополняемости методов медицинской визуализации, в этом обзоре освещается функциональная технология ближней инфракрасной спектроскопии (fNIRS) и ее использование в качестве гибридной системы. fNIRS технология достигла впечатляющих результатов с точки зрения точности классификации биологических сигналов, но ее использование в качестве гибридной системы с электроэнцефалографией (ЭЭГ) и электромиографией (ЭМГ) позволило достичь более высоких результатов, поскольку она стала дополнительным инструментом для восполнения дефицита другой технологии, и это подчеркивалось в рамках настоящего обзора. Полученные в ходе исследования результаты показали, что превосходство в классификации точности биологических сигналов, обеспечиваемых гибридными системами от fNIRS с ЭЭГ, ЭМГ, обеспечило бы всестороннюю и объективную оценку состояния пациентов от стадии заболевания до выздоровления. В научных исследованиях предыдущих четырех лет (2020–2023 гг.) нет указаний на то, какая из гибридных систем лучше других при использовании в клинической практике, и это побуждает к дальнейшим углубленным исследованиям для проверки комбинации методов, чтобы доказать их успешность и предпочтение.

Ключевые слова: HBCIs, fNIRS, ФМРТ, ЭЭГ, ЭМГ, МЭГ

Конечно-элементное моделирование теплогидравлических процессов методом пористого тела

2024. T.12. № 1. id 1457

Яуров С.В. Данилов А.Д. Гусев К.Ю.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.44.1.006

В работе рассмотрены наиболее известные модели пористого тела, используемые для упрощения выполнения теплогидравлических расчетов методом конечных элементов. Показаны основные подходы и зависимости при использовании модели пористого тела в расчетах. Представлены результаты теплогидравлических расчетов с применением модели пористого тела Дарси. Выполнен расчет теплообменного аппарата со спирально навитыми трубками, выполнен расчет сложной технологической системы, имеющей в своем составе механические фильтры разной конфигурации. Определены расхождения расчетных и реальных параметров оборудования. Применение модели пористого тела в качестве гидравлического аналога оборудования на примере механических фильтров и теплообменника показало приемлемые результаты (отклонения от проектных величин составляет от 0,1% до 10 %). Данные расхождения связаны с точностью / правильностью подбора законов (зависимостей) сопротивления для пористых тел. Применение подхода пористого тела при моделировании режимов работы технологических систем, включающих оборудование со сложной конструкцией, оправдано, в первую очередь, когда от результата расчетного моделирования требуется спрогнозировать режимы работы системы в целом, а возникающие внутри оборудования локальные процессы – нет. Во вторую очередь, когда необходимо сократить время выполнения расчетов при невысоких имеющихся мощностных возможностях компьютеров. Однако предлагаемый подход имеет недостатки, в частности, достаточно сложной является процедура определения степени пористости моделируемого объекта и законов гидравлического сопротивления, подобранных из эмпирических зависимостей.

Ключевые слова: модель пористого тела, сложные технологические системы, теплообменник, метод конечных элементов, гидравлическое сопротивление, механические фильтры

Автоматизированное формирование полной модели данных производственных объектов в единой информационной среде

2024. T.12. № 1. id 1456

Филимонова А.А. Чижов М.И. Ветохин В.В. Собенина О.В.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.44.1.003

Статья рассматривает проблему разработки интеграционной платформы для обеспечения сквозных бизнес-процессов поддержки жизненного цикла разнородных информационных объектов. Выбор топологии платформы осуществляется с учетом функционала интегрируемых систем и структуры информационного объекта. Для создания единого информационного пространства предприятия рассматриваются различные топологии, включая одноранговую, с брокером сообщений, централизованную и гибридную топологии. Основу описания объекта составляет полная модель данных, включающая определяющие атрибуты и правила преобразования, соответствующие каждой из интегрируемых систем. Используя объектную модель системы информационной поддержки цифровых продуктов и специальные шаблоны, предлагается методика формирования политик, методов и документов (ПМД) и организации единой цифровой среды предприятия. Однако для решения этой проблемы требуется разработка специализированной интеграционной платформы, которая способна обеспечить централизованную обработку данных производственных объектов и обеспечить их взаимодействие в единой информационной среде. Такая платформа должна учитывать особенности каждого компонента системы и обеспечивать безопасность обмена информацией, а также иметь возможность масштабирования и адаптации к изменяющимся потребностям предприятия. В статье также подробно рассматриваются различные топологии для создания единого информационного пространства предприятия. Включаются одноранговая, с брокером сообщений, централизованная и гибридная топологии. Каждая из этих топологий имеет свои особенности и преимущества, и выбор оптимальной зависит от требований и характеристик конкретного предприятия. Для успешной реализации интеграции и создания единой цифровой среды предприятия в статье предлагается использовать объектную модель системы информационной поддержки цифровых продуктов. Эта модель позволяет структурировать информацию и определять взаимосвязи между различными компонентами системы. Кроме того, статья предлагает методику формирования ПМД, которая является основой для организации единой цифровой среды предприятия. Эта методика учитывает требования безопасности, согласованности и эффективности работы системы, а также обеспечивает стандартизацию и согласованность процессов внутри предприятия.

Ключевые слова: информационные производственные объекты, интеграция, цифровая среда, полная модель данных, автоматизация процессов

Оптимизация моделирования процессов балансировки и ребалансировки инвестиций для реализации программы развития многообъектной организационной системы

2024. T.12. № 1. id 1419

Бухольцев И.М. Львович Я.Е.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.44.1.015

Статья посвящена оптимизации управления инвестициями при формировании и реализации программы развития многообъектной информационной системы. Рассматривается этап, связанный с переходом от выполненной за некоторый временной период программы развития к новой программе развития с заданным горизонтом планирования. Показано, что в момент перехода осуществляется балансировка инвестиций, а в процессе реализации возникает необходимость их ребалансировки. Для первой задачи сформирована многоуровневая система балансовых условий, которая является основой для построения оптимизационных моделей процесса балансировки. Поскольку нижний уровень балансовых условий связан с требованием роста значения показателей развития объектов организационной системы до определенной величины, установленной управляющим центром, задачи оптимизации базируются на прогностических оценках. Эти оценки вычисляются либо по результатам нейросетевого моделирования, либо экспертного оценивания. При формировании оптимизационных моделей процесса ребалансировки инвестиций рассматриваются два способа выявления отклонения значения показателей развития от планируемой траектории роста: в заданный момент времени, при превышении порогового значения. В этих случаях определяется момент времени, в который осуществляется коррекция оптимальной стратегии распределения инвестиций между временными переходами для выхода в конечной точке на заданный уровень показателей развития. Таким образом, предложенный переход позволяет оптимизировать распределение инвестиций в рамках программы развития как в процессе их балансировки, так и ребалансировки.

Ключевые слова: многообъектная организационная система, программа развития, инвестирование, оптимизация, нейросетевое моделирование, экспертное оценивание

Метрики семантической близости запроса пользователя как критерий безопасности в тематической иерархической модели управления доступом

2024. T.12. № 1. id 1382

Хвостов В.А. Сыч Г.В. Чопоров О.Н. Гулов В.П.

DOI: 10.26102/2310-6018/2024.44.1.030

Расширение сферы применения мобильных технологий и устройств как элементов распределенных систем для повышения эффективности и удобства доступа к различным информационным системам и цифровым сервисам привело к необходимости совершенствования методов и механизмов защиты информации и информационной безопасности. Одним из основных механизмов защиты является управление доступом. Проведен анализ особенностей использования традиционных (дискреционных и мандатных) моделей управления доступом в распределенных информационных системах (ИС) при использовании мобильных систем (МС) в качестве элементов. В качестве наиболее эффективной модели, отвечающей требуемой политике безопасности, предложена тематическая иерархическая. Для данной модели управления доступом предложен онтологический метод формирования доверительных прав на доступ к объектам, основанный на использовании метрик семантической близости. При использовании традиционных тематически иерархических моделей управления доступа логическая информационная архитектура ресурсов ИС формирует собой тематический иерархический классификатор (рубрикатор). Диаграмма Хассе вводит отношения порядка в тематическом классификаторе на решетке безопасности для формирования доверительно-тематических полномочий пользователей ИС. Построение диаграмм Хассе на решетке безопасности, включающей несколько уровней безопасности, достаточно сложная алгоритмическая задача. При построении доверительно-тематических полномочий пользователей для избегания неопределенности при неполноте построенной диаграммы Хассе и завышения предоставленных полномочий при формировании прав доступа предлагается использовать семантическую близость запроса на доступ пользователя и тематической рубрики иерархического классификатора. Анализ существующих подходов к формированию метрик семантической близости показал, что в качестве наилучшей метрики для задания доверительных полномочий пользователя может использоваться меры близости, основанные на иерархии понятий.

Ключевые слова: мобильная система, управление доступом, иерархическая тематическая классификация, семантическая близость, семантическое расстояние