Цель исследования: разработка метода глубокого обучения для аугментации и генерации проблемно-ориентированного набора данных, содержащего промышленные объекты, в том числе разработка более эффективных алгоритмов генерации и аугментации данных, основанных на глубоком обучении, которые позволяют создавать более разнообразные и реалистичные данные, соответствующие промышленным объектам, которые могут быть перенесены из одного стилевого домена в другой. Поставленная в исследовании цель связана с наличием актуальной научно-технической задачи обеспечения компьютерного зрения в системах, работающих в подводной среде. Это могут быть автономные необитаемые подводные аппараты, которые ищут прорывы в трубопроводах, анализируют утечку нефти, движение косяков рыб и т. п. Однако достаточного количества данных, содержащих описанные объекты в условиях их реального существования, сегодня нет. Таким образом, необходимо обеспечить обучающую выборку реалистичными изображениями. Методы исследования: архитектура CycleGAN, обеспечивающая преобразование набора данных, содержащего изображения различных объектов, сделанные в лабораторной или в обычной надземной среде, в набор данных, содержащий характеристики подводной среды. Для оценки разработанного алгоритма аугментации предлагается использовать классификацию изображений по доменам, которая может быть выполнена с помощью сверточной нейронной сети ResNet. Результаты исследования. Представлен инструмент для решения проблемы отсутствия подводных наборов данных, разработана модель глубокого обучения, которая применяется для создания изображений с подводными элементами. Модель работает по принципу циклической генеративно-состязательной сети, которая получает на вход реальное изображение промышленного объекта в надводных условиях, а на выход возвращает сгенерированное изображение того же промышленного объекта в подводных условиях. Визуальный анализ изображений показывает, что такой метод достаточно адекватен. Кроме того, проверка на классификационной модели показала почти 100%-ную способность нейросети различать домены. Заключение. Исследование показало, что модель CycleGAN можно использовать для создания изображений различных объектов в подводной среде. В будущем возможен поиск дополнительных процедур аугментации, кроме того, могут быть использованы аугментации сгенерированного набора изображений, что также обеспечит исследователей и разработчиков достаточным материалом с промышленными объектами в подводной среде. Это может повысить качество разработок.
Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Компьютерные технологии, управление, радиоэлектроника
2023. — Выпуск 2
Содержание:
Для материала данной статьи открытые источники могут быть представлены как информация, размещенная в сети Интернет для многократного и неограниченного использования в виде машиночитаемых систематизированных данных, в форматах, позволяющих их раздельную автоматизированную обработку. Любой из открытых источников - это частично структурированный контент, характеризующийся тем, что состоит из нечетких перекрытий и связей, формализованных рядом устойчивых правил. Цель исследования состоит в том, чтобы произвести математическое описание правил декомпозиции связей виртуальных образов контента на основании статистических данных сопоставлений с целью формулирования цифрового аналога вербальной структуры. Исследованию сопутствует разработка модульной кроссплатформенной системы предиктивной аналитики распределенных открытых источников социальной цифровой среды на основе технологий многопоточной обработки данных. В основу системы ложится создание прототипа цифрового двойника, позволяющего производить мониторинг и последующий анализ открытых источников. Кроссплаформенный цифровой двойник может быть создан для различных открытых источников. В настоящее время среди них приоритетными для анализа исследуемых данных являются социальные сети. Материалы и методы. При однотипном контенте кода становится необходимым формализовать правила категоризации семантических значений структуры связей объекта исследования, которые могут быть описаны на языке теории графов, иметь подходящую им структуру в матрицах Ли, подчиняться законам транзитивности и обладать свойствами, позволяющими воссоздать связность в квазипроекции. Предлагается метод, позволяющий производить последовательные исчисления, не противоречащие друг другу по основным правилам аксиоматики. Результаты. Метод позволяет производить анализ в режиме реального времени потока данных открытых источников, идентифицировать цифровые следы объектов исследования, выявление структуры их связей. Заключение. С помощью предлагаемой группы алгоритмизированных математических итераций становится возможным создание совокупности локальных систем с подсистемами обратной связи предиктивной аналитики открытых источников интернет-ресурсов и локальных систем различного назначения.
Ключевые слова
Известно, что компании стараются сократить свои затраты на производство. Одним из эффективных способов сокращения затрат является автоматизация процессов. Например, замещение сотрудников различными роботами или информационными системами. Зачастую при строительстве или другом масштабном производстве требуется мониторинг работы сотрудников. В самом простом варианте мониторинг может осуществляться с помощью видеокамер и сотрудников, которые просматривают записи с этих камер. Это влечет за собой затраты на оплату труда сотрудников, налоги и другие отчисления. Изменить такой процесс мониторинга можно с помощью систем слежения за перемещением рабочих. Внедрив такую информационную систему в производство, можно сократить расходы, которые были описаны выше. На сегодняшний день алгоритмы машинного обучения и компьютерного зрения довольно сильно развились и позволяют реализовывать такие системы слежения. Существуют уже готовые варианты систем слежения на базе алгоритмов компьютерного зрения, но они имеют высокую стоимость, что подходит только для крупных производств. Другим вариантом является разработка собственной системы слежения, которая будет учитывать специфику организации, в которой планируется ее внедрение. Цель исследования: рассмотреть технологии, с помощью которых можно построить систему слежения, и предложить реализацию системы слежения за рабочими с применением алгоритмов машинного обучения и нейронных сетей. Материалы и методы. Рассматриваются существующие решения систем мониторинга на базе технологий RFID, компьютерного зрения, GPS и датчиков движения. Приводятся их плюсы и минусы. Рассматриваются существующие способы для детекции движения с использованием компьютерного зрения. Приводится обзор существующих алгоритмов для обнаружения рабочего в специализированном костюме. Рассматривается алгоритм YOLOv5, который состоит из backbone, neck и head. Результаты. В статье авторами приводится описание рассматриваемых алгоритмов машинного обучения, компьютерного зрения и нейронных сетей. Предлагается реализация системы мониторинга за рабочими. Дается описание модулей, из которых состоит система слежения, приводится схема взаимодействия модулей. Описывается разработка алгоритма детекции движения и алгоритма определения рабочего в специальной форме.
Ключевые слова
Учет возможных рисков, влияющих на успешную реализацию проектов в сфере строительства, является одной из важнейших задач планирования и управления строительством. Основной проблемой для учета рисков является то, что они возникают под влиянием случайных факторов в условии высокой неопределенности. Поэтому подавляющее большинство методов учета рисков в строительстве основываются на вероятностных моделях. Учитывая то, что в последнее время уровень неопределенности практически во всех сферах хозяйственной деятельности значительно вырос, требуется разработка новых подходов к анализу рисков, которые бы максимально точно и быстро реагировали на возникающие угрозы. Цель исследования заключается в разработке математической модели, основанной на теории случайных марковских процессов, позволяющей в вероятностном подходе анализировать негативное влияния неблагоприятных факторов на реализацию строительных проектов в динамике их поступления в условиях высокой неопределенности с целью повышения эффективности выполнения строительных работ. Материалы и методы. В основе приведенной в работе модели оценки риска влияния неблагоприятных факторов на строительный проект лежит теория марковских случайных процессов, позволяющая оценить вероятность реализации возможных угроз с разной степенью ущерба, рассчитать риски при выполнении строительных работ. Модель предполагает, что угрозы, несущие разный уровень ущерба строительному проекту, поступают в случайные моменты времени и требуют разное время для их ликвидации. Для реализации модели приведена система дифференциальных уравнений, которая решается численными методами. Проведен анализ решения в различных условиях поступления угроз. Отдельно рассмотрено влияние негативных факторов на строительный проект при длительной его реализации. Проведен анализ влияния временных и вероятностных параметров задачи на степень рисков при реализации строительных проектов. Результаты. Показана актуальность разработки модели оценки рисков при реализации строительных проектов, поставлены цели и задачи к научному исследованию. Приведены и обоснованы пути решения поставленных задач. Разработана математическая модель, позволяющая оценить вероятности нахождения строительного проекта в различных состояниях, различающихся разной степенью риска при реализации проекта. На основе численных методов, приведена практическая реализация модели при различных параметрах, характеризующих влияние негативных факторов на ход реализации строительного проекта. Проанализированы результаты практической реализации модели, даны рекомендации по использованию модели на практике. Заключение. Приведенная динамическая модель оценки риска при реализации строительных проектов может служить основой для построения системы оптимального управления ходом выполнения строительных работ и принятию решений по организации строительных мероприятий.
Ключевые слова
На сегодняшний день рынок транспортного обслуживания и рынок перевозок играют ведущую роль в числе системообразующих базовых составляющих рынка транспортных услуг. Трансформация ряда производственных процессов, вызванная цифровизацией экономики, не оставила в стороне и управление логистикой. В статье рассматриваются вопросы автоматизации формирования альтернативных маршрутов посредством использования разработанного алгоритма (математическое обеспечение которого базируется на применении правил нечеткой логики), реализующего оптимизацию выбора исходя из запросов заказчика при организации грузоперевозок. Данный подход позволит фирмам не только управлять рабочими процессами в условиях риска и неопределенности, вызванных все нарастающей конкуренцией и внешними труднопредсказуемыми факторами, в том числе экономического и геополитического характера, но и проводить кастомизацию заказов, снижая при этом риски, используя методы их распределения. В статье обосновано применение данного алгоритма и представлено описание его реализации в рамках одного из модулей предлагаемой интеллектуальной системы поддержки принятия решений при управлении грузопотоками. Цель исследования заключается в описании и апробации адаптированного к поиску маршрутов грузоперевозок математического аппарата теории нечетких множеств, позволяющего автоматизировать ряд слабо формализуемых процессов для лица принимающего решения в логистической сфере. Материалы и методы. На основе анализа научных идей и методологических подходов в логистике отечественных и зарубежных авторов, а также математических методов и моделей осуществлен выбор инструментария для повышения эффективности организации грузоперевозок посредством автоматизации управленческих процессов. Результаты. Адаптирован аппарат нечеткой логики для решения логистических задач: представлен выбор критериев, сформулированы альтернативные маршруты, описаны вычислительные эксперименты, реализованные посредством среды Yandex DataLens. Проведена корректировка модели с учетом весовых коэффициентов критериев на основе пожеланий заказчика. Представлены анализ и синтез полученных результатов, а также описаны преимущества предлагаемого подхода относительно традиционных. Функционал и интерфейс автоматизированного модуля системы протестирован с привлечением группы экспертов, заинтересованных в использовании разработки, что показало его работоспособность и эффективность применения. Заключение. Предлагаемый метод выбора альтернативных маршрутов может быть использован в качестве математического инструментария в основе автоматизации управления грузоперевозками в системах поддержки принятия решений, особенно при планировании деятельности малыми фирмами средствами своего автопарка.
Ключевые слова
Статья посвящена сравнительному анализу трактовок понятий, связанных с процессом внедрения информационных технологий и систем, а именно: «информатизация», «цифровизация» и «цифровая трансформация». Дана критическая оценка различных подходов к определениям вышеозначенных терминов. Актуальность исследования подтверждается тем, что, несмотря на стремительное проникновение информационно-коммуникационных технологий во все сферы жизни и деятельности человека, методологическая база в данной области исследования до сих пор остается недостаточно проработанной, особенно в вопросе терминологии, вследствие чего наблюдается хаос в интерпретации понятий и не вполне корректное их использование. Цель работы. Исследование направлено на систематизацию подходов к определению понятий «информатизация», «цифровизация» и «цифровая трансформация», дифференциацию данных терминов и уточнению их трактовок. Материалы и методы. В процессе написания статьи были задействованы общенаучные методы и приемы исследования: описательный метод, метод сравнения, метод аналогий, исторический метод, структурно-функциональный метод, методы обобщения и типологизации, а также системный подход. В основу исследования легли материалы отечественных ежегодных статистических наблюдений в области оценки уровня развития и внедрения информационных технологий, а также результаты рейтингования стран по уровню освоения данных технологий, проводимых крупнейшими зарубежными консалтинговыми компаниями, агентствами и исследовательскими центрами, изучены различные методические материалы и теоретические обзорные статьи по теме исследования с целью их обобщения и систематизации. Результаты. В статье представлены результаты сравнительного анализа ряда терминов, связанных с процессом внедрения цифровых технологий, проведена их дифференциация, установлены основные признаки и характеристики каждого из них. Даны определения уточняющего характера следующих понятий: «информатизация», «цифровизация» и «цифровая трансформация». Информатизацию, оцифровку, автоматизацию, цифровизацию и цифровую трансформацию предлагается рассматривать в качестве последовательных содержательных этапов в процессе внедрения информационных систем и технологий. При этом цифровая трансформация социально-экономических систем рассматривается в качестве конечного желаемого результата процесса цифровизации, при котором наблюдается качественный скачок (прорыв) в развитии социально-экономической системы и происходит переосмысление и перестройка большинства наиболее важных процессов (бизнес-процессов). Подобные качественные преобразования ведут к изменению бизнес-модели, затрагивая все элементы системы. Заключение. Преимуществом предложенного в рамках данного исследования подхода является то, что все вышеобозначенные термины рассматриваются здесь не изолированно, а во взаимосвязи, являясь частью общего процесса, отражая сущность и содержание такого сложного и неоднозначного явления, как цифровая трансформация.
Ключевые слова
Модернизация систем автоматического управления электрических устройств играет важную роль с точки зрения энергоэффективности и энергосбережения при эксплуатации теплоэнергетических установок. Разработка учебного лабораторного стенда, который имитирует работу прямоточного парового котла змеевикового типа в составе транспортабельной котельной установки, позволила внедрить систему автоматического управления питательным насосом с помощью внедрения контроллера, частотного привода и управления устройством посредством программы SCADA. На основе экспериментальных данных в результате работы учебного лабораторного стенда предложена идея по созданию автоматизированной системы управления группой питательных насосов для прямоточных паровых котлов змеевикового типа, которые эксплуатируются в составе транспортабельной котельной установки на нефтепромысловой площадке. Данная установка и котельный агрегат приняты за базовые модели при проектировании учебного лабораторного стенда. Цель работы заключается в создании схемы автоматизации группы насосов транспортабельной котельной установки, используя экспериментальные данные с учебного лабораторного стенда, а также приняв во внимание теоретическую и практическую составляющую по применению автоматизации всей или части группы питательных насосов с точки зрения энергоэффективности и энергосбережения. Материалы и методы содержат информацию о создании и адаптации математической модели для описания работы насосов с учетом гидравлических сопротивлений, которые возникают за счет змеевиков котла - навитых труб сложной формы в виде коаксиального цилиндра. Результаты работы отражены в виде алгоритмической структурной схемы блока насоса и принципиальной схемы автоматизации группы насосов котельной установки. В ходе работы предложен перечень оборудования для модернизации системы управления блоком питательных насосов. В заключении рассмотрены перспективы дальнейшей разработки в данной области, приведены преимущества разделения насосов на подгруппы, такие как основные - регулируемые и вспомогательные - нерегулируемые, а также положительные аспекты в использовании частотного регулирования для основных насосов в составе эксплуатируемой котельной установки.
Ключевые слова
Цель исследования: оценка защищенности ИС в процессе идентификации пользователя по клавиатурному почерку. Материалы и методы. Изучение и анализ научных публикаций по проблеме оценки защищенности информационных систем позволили выявить наиболее эффективный подход к оценке защищенности информационной системы, основанный на моделировании атак. Метод, рассмотренный в статье, представляет собой комбинацию графического и вероятностного подходов к анализу возможных сценариев реализации угроз в информационных системах для случая идентификации пользователя. Графическое представление в виде деревьев атак мы использовали для моделирования возможных путей атакующих действий нарушителя, связанных между собой в соответствии с тем, в какой последовательности их может выполнять нарушитель. Вероятностный подход в случае идентификации пользователя был использован нами для оценки вероятности успешности атаки на актив по пути, указанному в соответствующем дереве атак, и эффективности предлагаемых контрмер. Результаты. Обозначена совокупность наиболее информативных параметров клавиатурного почерка, к которой мы отнесли время нажатия клавиши, паузы между нажатиями клавиш и скорость набора. Для этой совокупности определены возможные сценарии развития событий в процессе идентификации пользователя, а также случаи, когда необходимо принять контрмеры: совпадают все три значения параметра клавиатурного почерка, контрмеры не предусмотрены; совпадают любые два из трех значений параметра клавиатурного почерка, требуется предусмотреть контрмеры; не совпадают два из трех или все три значения параметра клавиатурного почерка, требуется предусмотреть контрмеры. С помощью дерева атак смоделированы возможные варианты путей атак и возможные сценарии развития событий в процессе идентификации пользователя. С использованием вероятностного подхода рассчитаны вероятность успешной атаки на актив по пути, указанному в дереве атак, и степень эффективности предлагаемых контрмер. Заключение. Представленный в статье расчет уровня защищенности информационной системы будет полезен разработчикам и исследователям в их практической и научной деятельности.
Ключевые слова
При выявлении скрытых дефектов соединения слоев в изделиях из многослойных материалов используют различные методы неразрушающего контроля, в том числе активный тепловой контроль. Одна из основных трудностей при использовании этого метода заключается в обработке и интерпретации полученных данных теплового изображения. Особенностью исследуемых дефектов нарушения сплошности соединения слоев биметаллических пластин является то, что глубина нахождения дефекта известна, и основной задачей становится определение его размеров. Для этого применяют различные методы, в том числе анализ пространственных профилей температуры. Цель исследования: анализ использования различных подходов к определению поперечного размера дефекта расслоения между металлами при моделировании процесса активного теплового неразрушающего контроля сталеалюминиевых пластин. Материалы и методы. Используются методы математического и компьютерного моделирования, численного дифференцирования. Размер дефекта определяется по проекциям половины высоты амплитуды сигнала и экстремума производной функции температурного сигнала. Вычисления и графические построения производятся с использованием математического пакета GNU Octave. Результаты. Выполнено моделирование для различных значений мощности теплового потока, времени нагрева и охлаждения. На основе полученных расчетных данных построены графики распределения температурного сигнала по поверхности многослойной биметаллической пластины. Определены значения радиуса дефекта по проекциям характерных точек. Заключение. Результаты моделирования позволяют сделать вывод, что использование проекции экстремума производной функции температурного сигнала позволяет точно оценить размер дефекта, а в случае с проекцией точки, соответствующей половине высоты амплитуды сигнала, оценка получается заниженной. Полученные результаты могут быть использованы для дальнейших экспериментальных исследований процессов активного теплового контроля изделий из многослойных биметаллических материалов.
Ключевые слова
Качество данных - ключевой вопрос в системах поддержки принятия решений. Использование же данных, содержащих одну или несколько логических ошибок, может привести к неправильным решениям и большим потерям для предприятия. Цель исследования. Целью исследования является разработка классификации данных, учитывающих профиль производства, типы данных на производстве, формальную структуру бизнес-процессов для каждого типа данных на основе предлагаемой логико-семантической архитектуры цифрового двойника для контроля качества данных. Теоретико-методологической основой исследования являются труды отечественных и зарубежных ученых по проблемам управления цифровыми платформами и цифровой трансформацией и цифровых двойников предприятия. Результаты. В ходе исследования была обобщена и систематизирована классификация основных логико-семантических факторов некачественного предоставления данных, представлена методика оценки качества данных. Бизнес-процессы сбора, хранения и обработки формализованы для каждого типа данных и определено одно ответственное лицо для соответствующих бизнес-процессов, а также разработаны требования к компетентности для отдельных ответственных лиц и инструмент для контроля качества данных. В результате предлагается подход на основе логико-семантической архитектуры цифрового двойника для контроля качества данных. Заключение. В современных реалиях необходима логическая фильтрация огромного количества избыточных данных в системах поддержки принятия решений (ППР). Цифровые двойники (ЦД) в системах поддержки принятия решений могут обеспечить высокое качество исходных цифровых данных для ППР. В этой статье представлен комплексный подход к управлению качеством данных на основе их логико-семантических цифровых двойников при создании эффективной системы поддержки принятия решений на примере нефтегазовых компаний. Управление качеством данных на основе применения логико-семантических цифровых двойников обеспечивает полезность цифровых данных.
