Цели. Широкое применение компьютерной томографии (КТ) в целях диагностики и лечения может приводить к избыточным кумулятивным дозам ионизирующего излучения, получаемым пациентами лечебных учреждений. В медицинских учреждения на данный момент отсутствуют эффективные методы визуализации и контроля за кумулятивными дозами пациентов. Существует необходимость оперативного контроля за дозовой нагрузкой от ионизирующего излучения. Целью данной работы является разработка алгоритма функционирования информационно-аналитической системы (ИАС) для ретроспективного учета, анализа и визуализации кумулятивных доз ионизирующего излучения, получаемых пациентами, проходящими лучевую диагностику и лечение.

Методы. Использованы SQL[1] -запросы для выборки необходимых данных с целью применения их в сводных таблицах и объемных диаграммах при формировании выходных наглядных форм учета, анализа и выявления критических величин дозовой нагрузки ионизирующего излучения и количества КТ-исследований пациентов. Результаты. Разработан алгоритм формирования и функционирования ИАС на основе клиент-серверной технологии с использованием сводных таблиц и объемных диаграмм в клиентском приложении, которая обеспечивает, во-первых, визуализацию анализа и учета кумулятивных доз ионизирующего излучения пациентов, проходящих лечение и диспансеризацию в крупных многофункциональных лечебно-исследовательских стационарах. Во-вторых, данный алгоритм позволяет выявлять виды КТ-исследований, по которым возможно уменьшить число применяемых сеансов с целью ограничения роста кумулятивных доз ионизирующего излучения пациентов. В-третьих, алгоритм дает возможность обнаруживать ошибки ввода данных медицинскими работниками в медицинские информационные системы и вовремя их корректировать. В-четвертых, можно формировать неограниченное число форм для просмотра данных с целью проведения их анализа и учета.

Выводы. Разработанную методику формирования ИАС возможно масштабировать в другие медицинские многопрофильные центры для отслеживания критических величин кумулятивных доз ионизирующего излучения пациентов в целях применения необходимых медицинских решений при лучевой диагностике пациентов.

Цели. В контейнерных вычислительных инфраструктурах размещение нагрузки опирается на статические параметры запрашиваемые ресурсы (requests) и предельные ресурсы (limits), тогда как фактическое потребление ресурсов носит стохастический характер с редкими, но существенными пиковыми выбросами, что ведет к избыточному резервированию или риску перегрузки. Существующие подходы ориентированы на детерминированные критерии выбора узла или точечный прогноз нагрузки и не дают прямой вероятностной оценки достижения критического состояния. Цель работы построение вероятностной модели риска перегрузки вычислительного узла Kubernetes[1] , формализующей событие перегрузки как первое достижение критической границы стохастическим процессом загрузки узла.

Методы. Нормированная загрузка узла описывается как одномерный стохастический процесс, эволюция плотности вероятности задается уравнением Фоккера Планка (Fokker–Planck, FP). Для краевой задачи получено аналитическое решение при постоянных коэффициентах и смешанных граничных условиях Робина Дирихле. Для переменных коэффициентов, оцениваемых по телеметрии, реализован численный метод на основе схемы Кранка Николсон. Коэффициенты дрейфа и диффузии оцениваются по данным мониторинга.

Результаты. Численное решение верифицировано на шести тестовых случаях с расхождением менее 0.001 относительно аналитического. Модель проверена на дискретно-событийном имитаторе кластера из 170 узлов в четырех сценариях нагрузки. Систематическое сравнение с четырьмя базовыми методами (наивный прогноз, линейный тренд, авторегрессия первого порядка, историческая частота) на 904800 тестовых окнах показало преимущество FP-модели по критерию Брайера (0.0245 против 0.0372 у лучшей базовой модели) на всех горизонтах прогнозирования (1, 2, 5 и 10 мин).

Выводы. Предложенная модель обеспечивает вероятностную оценку риска перегрузки узла Kubernetes на конечном горизонте прогноза и превосходит базовые методы по метрикам калибровки и дискриминации. Результаты создают основу для построения риск-ориентированных механизмов ранжирования узлов и интеграции вероятностной оценки в системе управления контейнерными кластерами.

Цели. Целью работы является создание средств и методов диагностики автономных роботов для оперативного выявления неисправностей на основе анализа причинно-следственных связей между наблюдаемыми проявлениями и источниками возникновения отказов.

Методы. В ходе выполнения работы использовались методы аналитического обзора современной научно-технической литературы по тематике проводимых исследований; методы построения онтологий при разработке модели диагностики автономных роботов; методы булевой алгебры при формировании запросов к онтологической модели диагностики; модификации методов условной и безусловной диагностики в приложении к поиску причинно-следственных связей между отказами и неисправностями на основе использования онтологической модели; методы машинного эксперимента при оценке продолжительности обработки запросов к онтологической модели диагностики.

Результаты. Предложена онтологическая модель и методы условной и безусловной диагностики, позволяющие обеспечить установление причинно-следственных связей между наблюдаемыми отказами и вызывающими их неисправностями.

Выводы. Показано, что на основе онтологического подхода с учетом наличия развитой инструментальной поддержки, включая языки описания онтологий, средства их моделирования, а также технологии логического вывода и рассуждений на онтологиях, создается новая парадигма разработки перспективного класса автономных робототехнических комплексов, обладающих повышенной степенью отказоустойчивости и, соответственно, адаптивностью. Поскольку создание автономного робота предполагает наличие бортовой интеллектуальной системы управления, построенной по иерархическому принципу и содержащей исполнительный, тактический и стратегический уровни, повышение адаптивности может быть обеспечено за счет эффективного использования «богатых» баз алгоритмов интеллектуальной системы управления на всех уровнях иерархии управления, которые подключаются в зависимости от результатов работы онтологической модели.

Цели. Целью исследования является повышение автономности функционирования и длительности бесперебойной работы беспилотных летательных аппаратов за счет разработки наземной роботизированной платформы сервисного обслуживания с оригинальной конвейерной системой транспортировки. Ключевым технологическим требованием к системе транспортировки является создание легкого складного конвейера высокой пропускной способности, обеспечивающего синхронизацию всех процессов: выравнивания после посадки, перемещения и выполнения сервисных операций.

Методы. Оценка эффективности разработанного комплекса программно-аппаратных средств конвейера осуществлялась с помощью методов компьютерного и натурного моделирования. Разработка конвейера осуществлялась в рамках методологии системного инженерного проектирования под заданные эксплуатационные требования. На этапе проектирования применялся сравнительный анализ кинематических схем (ленточный, цепной, шестеренчатый, зубчато-ременной).

Результаты. Создана и апробирована конструкция прототипа роликового конвейера дронопорта, которая по совокупности критериев превосходит возможные альтернативы: конвейер с лентой, роликовый конвейер с шестереночной передачей вращения, роликовый конвейер с цепной передачей. При изготовлении образца использовалась 3D-печать из конструкционных термопластов (полиэтилентерефталат-гликоль, PETG) для производства шкивов основных роликов и опорных роликов ремня, технологии трехосевых фрезерных станков с числовым программным управлением для изготовления опорных планок для роликов, а также стандартные алюминиевые профили и полимерные трубы. Экспериментальные исследования прототипа роликового конвейера с зубчато-ременным приводом под нагрузкой до 100 кг подтвердили стабильную работу на скоростях 5–15 см/с, в т.ч. на подъеме до 6°. Энергопотребление не превышало 20–25 Вт при крейсерской скорости 10 см/с и габаритах рабочей области роликов 1900 × 900 мм.

Выводы. Разработаны и экспериментально апробированы новая конструкция и технология изготовления складного конвейера, отвечающие требованиям роботизированной платформы межполетного обслуживания. Секция конвейера успешно прошла испытания и готова к интеграции в платформу в качестве ключевого транспортирующего модуля, обеспечивающего высокую пропускную способность платформы при минимальном энергопотреблении.

Цели. В современной теории радиолокации все большее внимание уделяется MIMO (англ. «много входов много выходов») радиолокационных станций (РЛС), для которых прогнозируются важные преимущества перед традиционными РЛС с фазированными антенными решетками (ФАР). MIMO РЛС имеют дополнительную степень свободы за счет одномоментного излучения системы когерентных ортогональных радиосигналов, что однозначно определяет параллельный обзор пространства. Для MIMO РЛС возникает актуальная задача синтеза оптимальной по критерию Неймана Пирсона пространственно-временной обработки (ПВО) всей совокупности эхо-сигналов на фоне белого гауссова шума. Целями данной статьи являются: статистический синтез ПВО в MIMO РЛС, обеспечивающий оптимальные показатели качества обнаружения; получение вариантов структурных схем ПВО и выявление их особенностей по сравнению с ПВО традиционных РЛС с ФАР; анализ углового разрешения MIMO РЛС с полученной структурой ПВО.

Методы. Использованы методы статистической оптимизации процедуры обнаружения сигналов на фоне помех по критерию Неймана Пирсона, а также методы теории диаграммообразования в многолучевых антенных решетках (АР).

Результаты. Синтезированы два варианта ПВО, формирующие оптимальную предпороговую статистику обнаружителя MIMO РЛС с M -элементной передающей и N -элементной приемной АР. Показано, что структурные схемы этих вариантов различаются последовательностями пространственной и временной обработок. Доказано, что за счет увеличенного размера «эквивалентной» апертуры приемной АР разрешающая способность MIMO РЛС по угловым координатам существенно лучше, чем у традиционной РЛС при одинаковом отношении сигнал/шум.

Выводы. Показано, что структурные схемы синтезированных обнаружителей MIMO РЛС обеспечивают статистически оптимальные показатели качества обнаружения.

Цели. Целью данной работы является разработка эффективного метода подавления аддитивного гауссовского шума в радиоканале, обеспечивающего высокое качество восстановления цифровых модулированных сигналов при низких значениях отношения сигнал/шум (signal-to-noise ratio, SNR).

Методы. Для решения поставленной задачи предложена гибридная архитектура, объединяющая рекуррентные нейронные сети типов долгой краткосрочной памяти (long short-term memory, LSTM) и управляемых рекуррентных блоков (gated recurrent unit, GRU). Модель ResBiLSTM-BiGRU обеспечивает более стабильное обучение, повышенное качество восстановления и более точное моделирование временной структуры сигналов. Эффективность модели оценивалась на многомодуляционном наборе данных при различных уровнях входного SNR.

Результаты. Экспериментальные исследования показали, что предложенная модель в среднем обеспечивает увеличение выходного SNR на 2–3 дБ по сравнению с релятивистской усредненной генеративно-состязательной сетью (relativistic average generative adversarial networks, RaGAN) и более чем на 10 дБ по сравнению с методом на основе вейвлет-преобразования при одинаковых условиях моделирования. Модель характеризуется меньшими значениями среднеквадратической ошибки и более высокими коэффициентами корреляции во всем диапазоне входных SNR от −10 до 10 дБ. Значения пикового SNR также свидетельствуют о высоком качестве восстановления сигналов, особенно при низких уровнях входного SNR. Анализ архитектурных параметров показал, что наилучшие результаты достигаются при использовании 128 скрытых узлов и глубокой архитектуры ResBiLSTM-BiGRU.

Выводы. Полученные результаты подтверждают эффективность и практическую применимость гибридной архитектуры ResBiLSTM-BiGRU для подавления аддитивного гауссовского шума в радиоканале и восстановления цифровых модулированных сигналов, особенно в условиях низкого SNR.

Цели. Целью статьи является исследование особенностей формирования векторных радиоизображений малоразмерных объектов (МРО) при помощи цифрового векторного анализатора цепей (ВАЦ) с управляемыми полосой и шагом перестройки частоты трекинг-генератора.

Методы. Работа основана на комплексном применении следующих методов: анализ радиоволновых процессов в контексте радиовидения, теория N -полюсников, численные методы статистической радиотехники и компьютерное моделирование (включая электродинамическое и функционально-блочное).

Результаты. Разработан новый метод векторного трекинг-формирования сигнальных радиоизображений МРО. Его принципиальное отличие от традиционных импульсных методов ближнего радиовидения заключается в использовании S -параметрической модели пространственного N -полюсника для описания неоднородной среды вместо подходов, основанных на скалярном сигнальном преобразовании. Для анализа точности метода предложено операторное Ψ-преобразование, позволяющее оценить проекционные искажения векторных радиоизображений сигнатур МРО. Верификация метода осуществлена на созданном программно-аппаратном комплексе на базе ВАЦ R&S ZNLE6 (производитель Rohde & Schwarz, Германия). Комплекс обеспечивает согласованную обработку и верификацию сигнальных радиоизображений МРО, регистрируемых в условиях воздействия нефлуктуационных помех, а также аддитивного белого гауссовского шума.

Выводы. В ходе исследования предложен метод векторного трекинг-формирования радиоизображений со спектрально-временной разверткой функции спектральной плотности мощности, свободный от ограничений импульсных аналогов, который может быть использован в качестве одного из решений верификации МРО в ближнем радиовидении. Основой предложенного метода может служить модель неоднородной среды как пространственно-ориентированной системы связанных N -полюсников, описываемой S -параметрами. Практическая эффективность подтверждена экспериментально: вероятность верификации МРО достигает не менее 0.95 (критерий Неймана Пирсона) при отношении сигнал/шум ≥15 дБ и отношении сигнал/помеха ≥9 дБ. Результаты представляют практическую ценность для развития технологий ближнего радиовидения.

Цели. С целью объяснения природы «водопадов», наблюдаемых в фотоэмиссионных спектрах купратных высокотемпературных сверхпроводников, в работе выполнен расчет фотоэмиссионных спектров с угловым разрешением систем с сильным электрон-фононным взаимодействием (ЭФВ) и законом дисперсии, характерным для купратов, и произведено сравнение полученного спектра с результатами экспериментов на сверхпроводящих купратах.

Методы. Фотоэмиссионные спектры рассчитаны на основе золотого правила Ферми при использовании энергии связи биполярона и полярона, энергии поля поляризации и волновых функции носителей заряда в них, полученных в рамках двукомпонентной модели, включающей жидкость биполяронов большого радиуса и ферми-жидкость делокализованных носителей заряда. Ранее было показано, что такая двухжидкостная система образует основное и слабо возбужденные состояния систем с сильным фрёлиховским ЭФВ. 

Результаты. Рассчитаны спектры фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением от систем с сильным ЭФВ и купратоподобной дисперсией при использовании параметров двухжидкостной системы носителей заряда, полученных минимизацией свободной энергии системы. Полученные спектры демонстрируют особенности, наблюдаемые в экспериментальных спектрах купратных сверхпроводников с соответствующим уровнем допирования, что позволяет разобраться в физических причинах этих особенностей. 

Выводы. В использованной для расчета модели различная энергетическая цена релаксации системы после фотоэмиссии из автолокализованного и делокализованного состояний, которые при дальнодействующем сильном ЭФВ сосуществуют и делят импульсное пространство в соответствии с принципом Паули, приводит к возникновению «водопадов» в спектрах ARPES[1] в нодальном направлении. Высота «водопада» определяется различием в энергетической стоимости релаксации. Волновой вектор «водопада» связан с равновесным размером биполяронов при данном уровне допирования и температуре соотношением неопределенностей, изменение его величины с допированием согласуется с наблюдаемым в экспериментальных спектрах.

Цели. Целью работы является разработка эффективного численного алгоритма для моделирования двумерного течения микрополярной жидкости в плоском канале с движущейся верхней стенкой (течение Куэтта) и исследование влияния параметров микрополярности на структуру течения.

Методы. Для решения уравнений микрополярной жидкости использован метод проекции с явной схемой интегрирования по времени. Пространственная дискретизация выполнена методом конечных разностей на равномерной сетке 51 × 51. Конвективные члены аппроксимированы противопоточной схемой первого порядка для обеспечения устойчивости при умеренных числах Рейнольдса. Для уравнения микровращения и уравнений сохранения импульса применена раздельная схема решения с последующей коррекцией давления для удовлетворения условия несжимаемости.

Результаты. Получены стационарные поля скорости и микровращения для течения Куэтта при числе Рейнольдса Re = 100 и параметрах микрополярности N = 0.3, m = 0.015. Продемонстрирована устойчивая сходимость численного метода за 5000 итераций с точностью до 3 ∙ 10[−6] для компонент скорости и 1.5 ∙ 10[−6] для микровращения. Визуализированы векторное поле скорости, линии тока, распределение микровращения, завихренности и диссипации. Наблюдается неоднородное поле микровращения с максимальными значениями (~0.45 рад/с) в угловых областях канала.

Выводы. Разработанный алгоритм позволяет эффективно моделировать течение микрополярной жидкости в канале. Численный метод демонстрирует устойчивую сходимость и физическую осмысленность результатов. Установлено, что микрополярность существенно изменяет структуру течения по сравнению с ньютоновским случаем, приводя к формированию поперечной компоненты скорости и нелинейного распределения микровращения. Полученные распределения полевых характеристик могут служить основой для дальнейших исследований реологических свойств микрополярных сред и верификации экспериментальных данных.

Цели. На территории Российской Федерации с 1980-х гг. функционирует сеть комплексного фонового мониторинга (КФМ) Росгидромета[1] . В задачи программы КФМ входит получение экспериментальных данных о фоновом содержании загрязняющих веществ в различных природных средах (атмосферный воздух, атмосферные осадки, поверхностные воды, почва, растительность). В рамках работы сети регулярно (1 раз в 5–10 лет) обновляются рекомендации и нормативные документы о методах химического анализа, требованиях к размещению станций наблюдения и пр. Однако статистический аппарат сети не подвергался пересмотру с 1995 г. (Алгоритм 1995). Цель работы модернизация выбранных шагов алгоритма статистической обработки данных о состоянии и загрязнении атмосферного воздуха, получаемых на сети КФМ.

Методы. Использованы методы корреляционного, трендового анализа, описательной математической статистики и структурной алгоритмизации.

Результаты. Рассмотрены шаги Алгоритма 1995, требующие модернизации. Создана структура обновленного алгоритма обработки данных Алгоритм 2025, который предположительно позволит проводить совместный анализ данных Росгидромета, а также приведет к уменьшению влияния шумов и флуктуаций во временных рядах данных о фоновых концентрациях загрязняющих веществ в атмосферном воздухе. Предложены подходы к модернизации выбранных шагов Алгоритма 1995 и показана эффективность их модернизации.

Выводы. Невозможно получить данные в формате, рекомендуемом Росгидрометом, без изменения некоторых шагов устаревшего Алгоритма 1995, и необходима его модернизация. Модернизация выбранных шагов алгоритма позволит сократить шумы посредством устранения до 70% основных типов случайных и систематических ошибок, обусловленных человеческим фактором. Необходимо разработать корректные подходы к модернизации оставшихся шагов алгоритма, которые не были рассмотрены в этой работе.

Цели. Прогресс в области инфокоммуникаций и неограниченные вычислительные возможности современных систем автоматизации позволяют по-новому сформулировать и найти решение дифференциального уравнения в форме задачи Коши с позиций теории случайных процессов. Цель статьи разработка случайного процесса ступенчатой модели динамики объекта, характеристики и параметры которой наблюдаются и обрабатываются в результате мониторинга.

Методы. Геометрический подход к оценке вероятностей независимых событий. Интегральная теорема о среднем. Метод синтеза стохастических моделей динамических процессов для различных предметных областей на основе графических зависимостей первой производной.

Результаты. Представлены новые методические результаты формирования новых стохастических зависимостей интегральной кривой решения дифференциального уравнения динамики произвольного объекта. Разработан и исследован новый случайный процесс динамики произвольного объекта, параметры и характеристики которого формируются по результатам мониторинга в инфокоммуникационном пространстве, что создает предпосылки автоматизированного анализа и синтеза новых подходов исследований динамических процессов и систем, включая большие данные. Найдена новая область применения методики решения задач условной оптимизации, ранее применявшаяся для исследования телетрафика пакетных сетей.

Выводы. Новые функциональные соотношения являются методической основой создания новых научнообоснованных инфокоммуникационных систем и технологий и могут быть положены в основу синтеза алгоритмов, методов и моделей динамических систем и процессов в различных предметных областях. Проведенные теоретические исследования носят фундаментальный характер и позволяют считать обоснованным, что предлагаемый автором подход обладает общностью применения для автоматизированного анализа и синтеза динамических систем и средств на основе инфокоммуникационных технологий, включая большие данные.