Радіоелектроніка, інформатика, управління - 2017, №3 (42)

Permanent URI for this collectionhttps://eir.zp.edu.ua/handle/123456789/28225

Browse

Now showing 1 - 20 of 21

Дослідження та автоматизація реакторів біологічного очищення стоків при контролі концентрації кисню
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Сафоник, А. П.; Клепач, М. І.; Таргоній, І. М.; Safonyk, A. P.; Klepach, M. I.; Targoniy, I. M.
UK: Актуальність. Вирішено актуальну задачу розроблення математичних моделей процесів очищення стічних вод, з урахуванням автоматизованого керування. Мета роботи – розробка математичної моделі процесу очищення стічних вод від біологічних речовин іммобілізованими мікроорганізмами при багатоступеневому анаеробно-аеробному способі очищення, яка б враховувала процеси окислення органічних речовин, розмноження і відмирання бактерій як сукупність взаємодії різних факторів в залежності від концентрацій розчиненого у воді кисню та забруднюючих органічних речовин. Метод. У роботі використано методи математичної фізики та гідродинаміки для побудови математичних моделей процесів очищення рідин, загальні підходи до побудови модельних задач, у яких одні складові домінують над іншими. Побудовано математичну модель процесу біологічного очищення стічних вод, що враховує зміну концентрацій забруднення, активного мулу і кисню при розмноженні та відмиранні бактерій в біологічних реакторах різного типу. Результати. Знайдено розв’язок відповідної модельної задачі з використанням функції pdepe середовища MatLab. Наведені результати розрахунків розподілу концентрації забруднення, активного мулу та кисню протягом часу очистки рідини, які враховують здатність бактерій до розмноження та відмирання. Висновки. Проведені експерименти підтвердили адекватність побудованої моделі. На основі отриманих результатів розроблено автоматизовану систему управління допустимою концентрацією забруднення у стічних водах, яка забезпечує енергозберігаючі принципи роботи установки. EN: Context. The actual problem of development of mathematical models of processes of wastewater treatment, subject to automatic control was resolved. Objective to develop a mathematical model of the process of wastewater treatment from biological substances immobilized microorganisms in multistage anaerobic-aerobic method of purification which takes into account the oxidation of organic matter, reproduction and death of bacteria as a set of interaction of various factors, depending on the concentration of dissolved oxygen and pollutants organic matter. Method. We used the methods of mathematical physics and hydrodynamics to build mathematical models of processes of cleaning fluids, common approaches to building model problems in which some components dominate over others. The mathematical model of biological wastewater treatment was built. It takes into account the changes in the concentrations of pollution, sludge and oxygen in reproduction and the withering away of the bacteria in biological reactors of various types. Results. The solution of corresponding model problem was found by using functions pdepe environment MatLab. The results of calculations of concentration distribution of contamination, sludge and oxygen cleaning fluid over time were shown. It takes into account the ability of bacteria to multiply and dying. Conclusions. The experiments confirmed the adequacy of the constructed model. Based on the results, the automated control system was developed. It controls permissible concentration of pollution in wastewater, which provides energy-saving principles of installation.
Автоматизированное управление режимами резания на основе прогноза индивидуального ресурса режущего инструмента 15 183-191
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Нагорный, В. В.; Нагорний, В. В.; Nahorny, V. V.
RU: Актуальность. В статье изложены результаты исследований по разработке новой методологии прогнозирования индивидуального ресурса режущего инструмента, послужившей основой автоматизированной системы управления работой металлообрабатывающего оборудования. Прогнозирование индивидуального ресурса режущего инструмента является злободневной, но так и не решенной до сих пор проблемой, что и определяет актуальность изложенного в статье материала. Цель работы – разработка новой методологии прогнозирования индивидуального ресурса режущего инструмента. Метод. Предложен метод управления работой металлообрабатывающего оборудования, сочетающий в рамках единого процесса решения задач идентификации и управления. Идентификации подвергается модель тренда информационного сигнала, генерируемого в процессе работы обрабатывающей системы, которая используется в качестве модели, описывающей динамику поднадзорного оборудования. По результатам прогнозирования индивидуального ресурса инструмента и сопоставления его с требуемой длительностью механической обработки, принимается решение о варьировании величин управляющих параметров (подачи и оборотов шпинделя), обеспечивающих реализацию на вновь назначенных режимах необходимого периода бездефектной эксплуатации инструмента. Результаты. Разработан программный продукт, составивший основу автоматизированной системы адаптивного управления работой металлообрабатывающих технологических систем, алгоритм работы которых отражает предложенную методологию прогнозирования индивидуального ресурса режущего инструмента. Выводы. Проведенные эксперименты подтвердили эффективность предложенной методологии прогнозирования ресурса режущего инструмента и работоспособность аппаратно-программного комплекса, реализующего данную методологию в практике резания. Научная новизна изложенных в статье результатов исследований состоит в том, что впервые в практике машиностроения удалость разработать совершенно новую методологию прогнозирования индивидуального ресурса рабочего инструмента, что позволяет целенаправленно управлять длительностью протекания технологического процесса, ориентируясь на фактическое техническое состояние основного элемента технологической системы. Практическая значимость полученных результатов заключается в создании программно-аппаратного комплекса, автоматизирующего процесс адаптивного управления режимами резания и содержащего программное обеспечение, которое отражает алгоритм новой методологии прогнозирования индивидуального ресурса инструмента. Перспективы дальнейших исследований состоят в создании универсальной системы контроля любого технологического оборудования, работа которого сопровождается генерированием различных по физической природе информационных сигналов, объективно отражающих степень критичности технического состояния поднадзорного оборудования. Внедрение подобной методологии контроля не только в процесс изготовления, но и в условия эксплуатации разнообразных по конструкции и назначению машин и механизмов, решает давно стоящую на повестке дня проблему определения индивидуального ресурса технических систем, что и определяет ценность проведенных исследований и их заметный вклад в науку управления. UK: Актуальність. У статті викладені результати досліджень по розробці нової методології прогнозування індивідуального ресурсу ріжучого інструменту, яка стала підґрунтям автоматизованої системи управління роботою металообробного обладнання. Прогнозування індивідуального ресурсу ріжучого інструменту є злободенною, але так і не вирішеною до сих пір проблемою, що і визначає актуальність викладеного в статті матеріалу. Метою роботи є розробка методології прогнозування індивідуального ресурсу ріжучого інструменту і реалізація її в практиці управління різанням у вигляді алгоритму і програмного продукту, що склали основу автоматизованої системи адаптивного управління роботою металообробних технологічних систем. Метод. Управління цих систем передбачає поєднання в рамках єдиного процесу вирішення завдань ідентифікації та управління. Ідентифікації піддається модель тренда інформаційного сигналу, що генерується в процесі роботи обробної системи, яка використовується в якості моделі, яка описує динаміку піднаглядного обладнання. За результатами прогнозування індивідуального ресурсу інструменту і зіставлення його з необхідною тривалістю механічної обробки, приймається рішення про варіюванні величин параметрів, що управляють (подачі і обертів шпинделя), та забезпечують реалізацію на новопризначених режимах необхідного періоду бездефектної експлуатації інструменту. Результати. Розроблено програмний продукт, що склав основу автоматизованої системи адаптивного управління роботою металообробних технологічних систем, алгоритм роботи яких відображає запропоновану методологію прогнозування індивідуального ресурсу ріжучого інструменту. Висновки. Проведені експерименти підтвердили ефективність запропонованої методології прогнозування ресурсу ріжучого інструменту і працездатність апаратно-програмного комплексу, що реалізує дану методологію в практиці різання. Наукова новизна викладених в статті результатів досліджень полягає в тому, що вперше в практиці машинобудування удалося розробити абсолютно нову методологію прогнозування індивідуального ресурсу робочого інструмента, що дозволяє цілеспрямовано керувати тривалістю перебігу технологічного процесу, орієнтуючись на фактичний технічний стан основного елемента технологічної системи. Практична значимість отриманих результатів полягає в створенні програмно-апаратного комплексу, що автоматизує процес адаптивного управління режимами різання і містить програмне забезпечення, яке відображає алгоритм нової методології прогнозування індивідуального ресурсу інструменту. Перспективи подальших досліджень полягають у створенні універсальної системи контролю будь-якого технологічного обладнання, робота якого супроводжується генеруванням різних за фізичною природою інформаційних сигналів, що об’єктивно відображають ступінь критичності технічного стану піднаглядного обладнання. Впровадження подібної методології контролю не тільки в процес виготовлення, а й в умови експлуатації різних за конструкцією та призначенням машин і механізмів, вирішує проблему визначення індивідуального ресурсу технічних систем, яка давно стоїть на порядку денному, що і визначає цінність проведених досліджень і їх помітний внесок в науку управління . EN: Context. The article presents the results of research to develop a new methodology for the prediction of individual life of the cutting tool, which served as the basis for the automated operation of the control system of the metal cutting equipment. Predictions of individual life of the cutting tool is topical, but have not solved the problem so far, and this determines the relevance of the material contained in the article. Objective. The goal of the work was to develop a methodology for forecasting the individual life of the cutting tool and implementing it in practice by cutting the control algorithm and software, which formed the basis of the automated system of adaptive control operation of metal-processing systems. Method. The method provides for control of these systems in a single combination of process control solutions and identification tasks. Identification information signal subjected to the trend model generated during operation of the processing system, which is used as a model, describing the dynamics of the supervised equipment. As a result of the prediction of individual life of the cutting tool and compare it with the desired duration of mechanical treatment, a decision on the variation of the values of the control parameters (feed and spindle speed) to ensure the implementation of the newly appointed regimes required period of faultless operation of the tool. Results. Developed software product that formed the basis of the automated system of adaptive control operation of metal-processing systems. The algorithm of the control systems reflects the proposed methodology for the prediction of individual life of the cutting tool. Conclusions. The experiments confirmed the effectiveness of the proposed methodology for the prediction of the cutting tool life and performance of hardware and software that implements this methodology in practice cutting. Scientific novelty research is that for the first time in the practice of engineering develops a completely new control methodology for forecasting the individual life of the cutting tool, that allows you to specifically control the duration of the technological process, focusing on the actual technical condition of the main elements of the technological system. The practical significance of the results is to create a hardware and software system that automates the process of adaptive management of cutting conditions and containing the software algorithm that reflects the new methodology for predicting an individual resource tool. Prospects for further research consists in the creation of a universal system of control of any process equipment, the operation of which is accompanied by the generation of different physical nature of the information signals, objectively reflecting the degree of criticality of the technical condition of the equipment under supervision. The introduction of such a monitoring methodology not only in the manufacturing process, but also in terms of exploitation of different machines determines the value of the research and their significant contribution to the science of control.
Automatic control of the ore suspension solid phase parameters using high-energy ultrasound
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Morkun, V. S.; Morkun, N. V.; Tron, V. V.; Моркун, В. С.; Моркун, Н. В.; Тронь, В. В.
EN: Context. The authors have solved the urgent problem of controlling automatically the parameters of solid ore suspension aimed for conversion thus increasing the end product quality and facilitating the choice and adhearance to the concentration specifications. Objective. The research aims at developing the method of obtaining operational data as to iron ore characteristics while concentrating, namely distribution of solid pulp particles as to their sizes and estimated grade applying multi-channel ultrasonic measurements. Method. In order to solve the problem of controlling automatically the parameters of solid ore suspension, the authors suggest the method of measuring the intensity of high-frequency bulk ultrasonic waves covering a fixed distance in a measuring chamber containing ore suspension under the influence of ultrasonic vibrations and in case of their absence. The calculated correlations of the measured values make it possible to determine the parameters of solid ore suspension. Besides, while measuring we can observe the formation of gamma-radiation and low-frequency bulk ultrasonic waves in the ore suspension flow. It is possible to measure the intensity of gamma-radiation and low-frequency bulk ultrasonic waves covering the fixed distance if the measuring chamber contains some reference fluid and the ore suspension flow under ultrasonic vibrations and in the absence thereof. The intensity of ultrasonic vibrations influencing the suspension flow is changed according to the relevant law. Results. The dynamic effects of high-frequency ultrasound provide a theoretical basis and a practical approval of the method controlling the solid phase of iron ore pulps in order to displace the particles of the required grain-size class to the measuring zone and to determine the grade in ore particles. The developed purpose-designed programme realizes a numerical analysis and graphical representation of simulation results of changing solid pulp particle-sizes under the controlled influence of high-energy ultrasonic radiation pressure. Conclusions. The authors have devised the method for controlling the distribution of the grade in crushed ore particle-size classes in the pulp flow by means of measuring the changes in the distribution parameters of high- and low-frequency ultrasonic waves as well as gamma-radiation. The method is different from the existing ones by the fact that in the course of measuring, the crushed ore particles of the required size and density are displaced to the measuring zone by exposing the pulps to the high-energy ultrasound influence thus increasing the measurement accuracy by 0.76%. UK: Актуальність. Вирішено актуальне завдання автоматичного контролю параметрів твердої фази рудної суспензії, що надходить на збагачувальний переділ. Це сприяє підвищенню якості кінцевого продукту і полегшує вибір і дотримання технологічного регламенту процесу збагачення. Мета – розробка методу отримання оперативної інформації про характеристики залізної руди в процесі збагачення: розподіл часток твердої фази пульпи за крупністію і змістом корисного компонента з застосуванням багатоканальних ультразвукових вимірювань. Метод. Для вирішення завдання автоматичного контролю параметрів твердої фази рудної суспензії запропонований спосіб, що полягає у вимірюванні інтенсивності високочастотних об’ємних ультразвукових хвиль, що пройшли фіксовану відстань в вимірювальній ємності з рудною суспензією в періоди впливу на потік суспензії ультразвукових коливань і при їх відсутності. При цьому отримані співвідношення виміряних величин дозволяють визначити параметри твердої фази рудної суспензії. Також, в процесі вимірювання здійснюється формування гамма-випромінювання і низькочастотних об’ємних ультразвукових хвиль в потоці суспензії рудного матеріалу, і здійснюють вимір інтенсивності гамма-випромінювання і низькочастотних об’ємних ультразвукових хвиль, що пройшли фіксовану відстань при наявності у вимірювальній камері еталонної рідини і потоку рудної суспензії в періоди впливу на потік суспензії ультразвукових коливань і при їх відсутності. Інтенсивність ультразвукових коливань в період їх впливу на потік суспензії змінюють за відповідним законом. Результати. На основі динамічних ефектів високоенергетичного ультразвуку теоретично обгрунтований і експериментально апробований метод впливу на тверду фазу залізорудної пульпи для зміщення частинок певного класу крупності в зону вимірювань і визначення змісту корисного компонента в рудних частинках. Розроблена спеціалізована програма, яка реалізує чисельний аналіз і графічне представлення результатів моделювання зміни гранулометричної характеристики твердої фази пульпи під керованим впливом радіаційного тиску високоенергетичного ультразвуку. Висновки. Пропонується метод оцінки функції розподілу корисного компонента по класах крупності частинок подрібненої руди в потоці пульпи на основі вимірів параметрів процесу поширення високочастотних і низькочастотних ультразвукових хвиль, а також гамма-випромінювання, який відрізняється від існуючих тим, що в процесі вимірювань здійснюють зсув частинок подрібненої руди певної крупності і щільності в область вимірювань шляхом впливу на пульпу високоенергетичного ультразвуку, що дозволяє підвищити точність вимірювань на 0,76%.
Разработка метода верификации критерия для оптимизации операционных процессов с распределенными параметрами
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Луценко, И. А.; Фомовская, Е. В.; Оксанич, И. Г.; Сердюк, О. Ю.; Луценко, І. А.; Фомовська, О. В.; Оксанич, І. Г.; Сердюк, О. Ю.; Lutsenko, I.; Fomovskaya, E.; Oksanych, I.; Serdiuk, O.
RU: Актуальность. Решена актуальная задача верификации критерия для оптимизации операционных процессов с распределенными параметрами. Цель работы – создание метода верификации оценочных критериев, обладающих высокой избирательностью и позволяющих исключить из рассмотрения те показатели, которые обеспечивают противоречивые результаты по отношению к результатам частных критериев эффективности. Метод. Предложен метод верификации глобального критерия для оптимизации операционных процессов с распределенными параметрами продуктовых потоков, который основан на формировании классов эталонных операций, идентифицированных с использованием частных критериев эффективности, которые, в свою очередь, основаны на использовании выявленных особенностей вторых интегральных параметров от интегральных функций входа и выхода глобальной модели операции, адекватность которых математически доказана, обеспечивая тем самым отбор показателя, оценочные особенности которого позволяют согласовать результаты операционной деятельности управляемых систем с целью их владельца за счет выхода в режим управления соответствующего максимуму эффективности использования ресурсов. Результаты. Разработан алгоритм реализации метода верификации оценочных показателей, который был использован при проведении вычислительных экспериментов связанных с иллюстрацией возможностей предложенного метода. Выводы. Впервые разработано три класса эталонных моделей операций с распределенными параметрами, каждая из которых идентифицирована с использованием частного критерия эффективности. Разработка предложенного метода позволяет осуществлять обоснованный выбор единого показателя для использования в качестве глобального критерия оптимизации операционных процессов с распределенными параметрами любых систем, процессы которых этого требуют. Возможность выбора адекватного критерия оптимизации обеспечит повышение темпов развития производственных структур. Проведенные эксперименты подтвердили работоспособность предложенного метода, реализованного в виде алгоритма, что позволяет рекомендовать его специалистам – практикам для отбора оценочного критерия из множества показателей, которые предлагаются исследователями в качестве критерия оптимизации операционных процессов с распределенными параметрами. Показатель, который успешно прошел верификацию, обеспечивает возможность согласования параметров операционного процесса с целью владельца (суперсистемы). При этом, предполагается, что целью суперсистемы является максимизация собственных возможностей, прямо связанных с эффективностью использования доступных ресурсов. UK: Актуальність. Вирішено актуальне завдання верифікації критерію для оптимізації операційних процесів з розподіленими параметрами. Мета роботи – створення методу верифікації оціночних критеріїв, що має властивості високої вибірковості і дозволяє вилучити ті показники, які забезпечують суперечливі результати по відношенню до результатів приватних критеріїв ефективності. Метод. Запропоновано метод верифікації глобального критерію для оптимізації операційних процесів з розподіленими параметрами продуктових потоків, який заснований на формуванні класів еталонних операцій, ідентифікованих з використанням локальних критеріїв ефективності, які, в свою чергу, засновані на використанні виявлених особливостей других інтегральних параметрів від інтегральних функцій входу і виходу глобальної моделі операції, адекватність яких математично доведена, забезпечуючи тим самим відбір показника, оціночні особливості якого дозволяють узгодити результати операційної діяльності керованих систем з метою їх власника за рахунок виходу в режим управління відповідного максимуму ефективності використання ресурсів. Результати. Розроблено алгоритм реалізації методу верифікації оціночних показників, який був використаний при проведенні обчислювальних експериментів, пов’язаних з ілюстрацією можливостей запропонованого методу. Висновки. Вперше розроблено три класи еталонних моделей операцій з розподіленими параметрами, кожна з яких ідентифіковано з використанням локального критерію ефективності. Розробка запропонованого методу дозволяє здійснювати обґрунтований вибір єдиного показника для використання в якості глобального критерію оптимізації операційних процесів з розподіленими параметрами будь-яких систем, процеси яких цього вимагають. Можливість вибору адекватного критерію оптимізації забезпечить підвищення темпів розвитку виробничих структур. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованого методу, реалізованого у вигляді алгоритму, що дозволяє рекомендувати його фахівцям - практикам для відбору оціночного критерію з безлічі показників, які пропонуються дослідниками в якості критерію оптимізації операційних процесів з розподіленими параметрами. Показник, який успішно пройшов верифікацію, забезпечує можливість узгодження параметрів операційного процесу з метою власника (суперсистеми). При цьому, передбачається, що метою суперсистеми є максимізація власних можливостей, прямо пов’язаних з ефективністю використання доступних ресурсів. EN: Context. The urgent verification problem of criterion for optimization of operational processes with the distributed parameters is solved. Objective is creation of a verification method for estimated criteria which have high selectivity and allow excluding those indicators, which provide contradictory results in relation to results of local efficiency criteria Method. The verification method of global criterion for optimization of operational processes with the distributed parameters of product flows which is based on reference operations classes formation identified with use of the local efficiency criteria, in turn, are based on use of the revealed features of the second integrated parameters from integrated functions of an input and output of global operation model, which adequacy is mathematically proved is offered, providing thereby indicator selection, the estimated features of which allow processing activities coordinating results of the operated systems with the purpose of their owner at the expense of an output in control mode corresponding to a maximum of resources efficiency. Results. The algorithm of realization of a verification method for estimated indicators which has been used when carrying out computing experiments connected with the illustration of the offered method opportunities is developed. Conclusions. For the first time three classes of reference models of operations with distributed parameters, each of which is identified with the local criterion of efficiency have been developed. The development of the proposed method let us to make an informed choice of the one indicator for its using as a global optimization criterion of any system operational processes with distributed parameters which require this. The ability to select the adequate optimization criterion will improve the production structures development rate. The experiments have been confirmed the operability of the proposed method, implemented in the algorithm form so it should be recommended to practicing experts for the estimated criteria selection from the indicators set which are offered by the researchers as an optimization criterion for operational processes with distributed parameters. The indicator which has successfully passed the verification enables coordination of the operational process parameters with the owner’s (supersystem‘s) goal. At the same time, it is supposed that the purpose of supersystem is the maximization of own available resources opportunities which are directly connected with use of resources efficiency.
No-reference quantitative assessment of generalized contrast for complex images
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Yelmanova, E. S.; Romanyshyn, Y. M.; Єлманова, О. С.; Романишин, Ю. М.
EN: Context. Nowadays the task of automatically measuring of image quality in real time is extremely relevant for the vast majority of practical applications. No-reference quantitative assessment of image quality is one of the most pressing and difficult problems of image processing. Generalized contrast is the most important quantitative characteristic which determines the objective quality of the image. Currently, the development of new effective methods of no-reference measuring of generalized contrast for complex image in automatic mode which have the level of computing costs, which are acceptable to implement the processing in real time, is one of the most urgent tasks of image pre-processing. Objective. Development of new histogram-based method for no-reference measurement of generalized contrast of complex images on the basis of the mean value for all contrast values of all pairs of image elements (objects and background) for various definitions of contrast kernel. Method. Analysis of known approaches to measurement of a local contrast of the image elements, of known methods of the quantitative assessment of generalized contrast of complex images as well of the results of experimental research for a series of complex real and test images allowed to reveal inherent patterns (accordance to basic requirements to the definition of contrast, the nature and the dynamic of contrast changes at the linear transformations of the brightness scale), which are manifested depending on the use of the different definitions of the contrast kernels and the metrics of generalized contrast of images. Results. New histogram-based method for no-reference measurement of generalized contrast for complex images is proposed. No-reference contrast metrics for the histogram-based measuring of generalized contrast of complex images on the basis of the average contrast of image elements for different definitions of contrast kernel is proposed. Conclusions. Proposed no-reference metrics on the basis of the average contrast of image elements for proposed contrast kernels allow providing accurate quantitative assessment of generalized contrast of the real complex images and enable to evaluate (predict) with reasonable accuracy the perceived image quality at carrying out of subjective (qualitative) expert estimates. UK: Актуальність. В наш час вимірювання (кількісна оцінка) якості зображень у автоматичному режимі є надзвичайно актуальною проблемою для більшості практичних застосувань. Вимірювання якості зображення без еталону є одним із найбільш актуальних і складних завдань обробки та аналізу зображень. Контраст є найбільш важливою кількісною характеристикою, яка визначає об’єктивну якість зображення в цілому. В наш час розробка нових ефективних методів (метрик) для вимірювання узагальненого контрасту зображень у автоматичному режимі є однією є найбільш актуальних задач обробки і аналізу зображень. Мета. Розробка методу вимірювання узагальненого контрасту багатоелементних зображень зі складною структурою за їх гістограмою на основі усередненого контрасту елементів зображення (об’єктів і фону) з використанням різних визначень ядра контрасту. Метод. Аналіз відомих підходів до вимірювання локального контрасту елементів зображення, відомих методів кількісної оцінки узагальненого контрасту складних зображень, а також результатів експериментальних досліджень для ряду складних реальних і тестових зображень дозволив виявити властиві їм закономірності (відповідність основним вимогам до визначення контрасту, характер і динаміку змін контрасту при лінійних перетвореннях шкали яскравості зображення), які проявляються в залежності від використання різних визначень ядер контрасту і метрик узагальненого контрасту зображень. Результати. Запропоновано новий метод вимірювання узагальненого контрасту без еталону для складних зображень на основі гістограми. Запропоновано метрику вимірювання узагальненого контрасту для складних зображень на основі усередненого контрасту для всіх окремих пар елементів зображення (об’єктів і фону) для різних визначень ядра контрасту. Висновки. Запропонована нова метрика контрасту на основі середнього для всіх значень контрасту всіх елементів зображення дозволяє забезпечити точну кількісну оцінку узагальненого контрасту складних реальних зображень і оцінити (прогнозувати) якість сприйняття зображення при проведенні суб’єктивних (якісних) експертних оцінок.
Information technology of diagnosis models synthesis based on parallel computing
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Oliinyk, A.; Subbotin, S.; Skrupsky, S.; Lovkin, V.; Zaiko, T.; Олійник, Андрій Олександрович; Субботін, Сергій Олександрович; Скрупський, Степан Юрійович; Льовкін, Валерій Миколайович; Зайко, Тетяна Анатоліївна
EN: Context. The problem of diagnosis models synthesis in the big data processing based on parallel computing is solved. The object of the research is the process of diagnosis models synthesis. The subject of the research are the methods and information technologies for diagnosis models synthesis. Objective. The research objective is to develop diagnosis models synthesis information technology. Method. The paper deals with information technology of diagnosis models synthesis which is a set of diagrams graphically describing structural elements of the system as well as the behavioral aspects of their interaction at various stages of diagnostics objects models construction. The developed information technology enables to perform the construction of distributed diagnostics systems where computationally complex stages of diagnosis models synthesis are performed on high-performance server equipment, which makes it possible to significantly increase the practical threshold for using diagnostics systems in the processing of big data sets for solving of the tasks of training sample data reduction, rules extraction, diagnosis models construction and retraining. Results. The software which implements the proposed information technology and allows to synthesize diagnosis models based on the given data samples has been developed. Conclusions. The conducted experiments have confirmed the proposed information technology operability and allow to recommend it for solving the problems of big data processing for technical and biomedical diagnostics in practice. The prospects for further researches may include the modification of the developed information technology by introducing of other methods of diagnosis models synthesis. UK: Актуальність. Вирішено задачу автоматизації процесу синтезу діагностичних моделей при обробці великих масивів даних на основі паралельних обчислень. Об’єкт дослідження – процес синтезу діагностичних моделей. Предмет дослідження – методи та інформаційні технології синтезу діагностичних моделей. Мета роботи полягає в створенні інформаційної технології синтезу діагностичних моделей. Метод. Запропоновано інформаційну технологію синтезу діагностичних моделей, що представляє собою сукупність діаграм, які описують у графічному вигляді структурні елементи системи, а також поведінкові аспекти їх взаємодії на різних етапах побудови моделей об’єктів діагностування. Запропонована інформаційна технологія дозволяє виконувати побудову розподілених систем діагностування, в яких обчислювально складні етапи синтезу діагностичних моделей виконуються на високопродуктивному серверному обладнанні, що дозволяє істотно підвищити практичний поріг використання систем діагностування при обробці великих масивів даних, здатних вирішувати завдання редукції даних навчальної вибірки, видобування правил, побудови і донавчання діагностичних моделей. Результати. Розроблено програмне забезпечення, яке реалізує запропоновану інформаційну технологію і дозволяє синтезувати діагностичні моделі на основі заданих наборів даних. Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованої інформаційної технології і дозволяють рекомендувати її для використання на практиці при обробці великих масивів даних для технічного і біомедичного діагностування. Перспективи подальших досліджень можуть полягати в модифікації розробленої технології шляхом впровадження в неї інших методів синтезу діагностичних моделей.
Факториальное кодирование с исправлением ошибок
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Фауре, Э. В.; Фауре, Е. В.; Faure, E. V.
RU: Актуальность. Факториальное кодирование данных позволяет совмещать операции крипто- и имитозащиты, а также помехоустойчивого кодирования, что приводит к уменьшению вносимой передатчиком избыточности, повышению быстродействия и увеличению эффективной пропускной способности. Вместе с тем описанные методы факториального кодирования не позволяют исправлять ошибки, что ограничивает область их использования. Целью данной работы является разработка метода факториального кодирования с восстановлением данных по перестановке, обеспечивающего комплексное решение задач криптографической защиты и помехоустойчивого кодирования и позволяющего совместить функции исправления и обнаружения ошибок канала связи. Метод. Основная идея предложенного метода кодирования состоит в увеличении расстояния между разрешенными кодовыми словами, представляющими собой перестановки, вычисленные по всем информационным битам блока данных и представленные в двоичном виде. Исследованы методы увеличения расстояния на основе метрик Эвклида и Хэмминга. Для каждого из этих методов определены основные свойства факториального кода с исправлением ошибок, в том числе выполнена оценка достоверности передачи при независимости и биномиальном распределении возникающих в канале связи ошибок, разработаны структурные схемы приемника. Правила декодирования, реализованные в приемнике, основываются на критерии максимального правдоподобия и предусматривают как прямое исправление ошибок, так и их обнаружение с последующим исправлением путем переспроса поврежденного блока. Результаты. Реализованы факториальные коды с исправлением ошибок, использующие метрики Эвклида и Хэмминга. Для этих кодов выполнен сравнительный анализ вероятности необнаруженной ошибки, остаточной вероятности ошибочного приема, энергетического выигрыша и относительной скорости передачи. Показано, что характеристики кода не являются инвариантными по отношению к множеству разрешенных кодовых слов, а из рассмотренных в работе кодов более эффективными являются коды, использующие метрику Хэмминга. Выводы. Получил дальнейшее развитие метод факториального кодирования с восстановлением данных по перестановке, который за счет совмещения функций исправления и обнаружения ошибок позволяет повысить динамическую составляющую потери скорости и, как следствие, относительную скорость передачи, по сравнению с обнаруживающим ошибки факториальным кодированием за счет снижения его помехоустойчивости. Проведенные эксперименты подтвердили эффективность факториальных кодов с исправлением ошибок. UK: Актуальність. Факторіальне кодування даних дозволяє поєднувати операції крипто- й імітозахисту, а також завадостійкого кодування, що призводить до зменшення внесеної передавачем надлишковості, підвищення швидкодії та збільшення ефективної пропускної здатності. Разом з тим описані методи факторіального кодування не дозволяють виправляти помилки, що обмежує область їх використання. Метою роботи є розробка методу факторіального кодування з відновленням даних за перестановкою, що забезпечує комплексне вирішення задач криптографічного захисту та завадостійкого кодування і дозволяє поєднати функції виправлення та виявлення помилок каналу зв’язку. Метод. Основна ідея запропонованого методу кодування полягає в збільшенні відстані між дозволеними кодовими словами, які являють собою перестановки, обчислені за всіма інформаційними бітами блоку даних і представлені в двійковому вигляді. Досліджено методи збільшення відстані на основі метрик Евкліда і Хеммінга. Для кожного з цих методів визначено основні властивості факторіального коду з виправленням помилок, у тому числі виконано оцінку достовірності передавання при незалежності і біноміальному розподілі помилок у каналі зв’язку, розроблено структурні схеми приймача. Правила декодування, реалізовані в приймачі, ґрунтуються на критерії максимальної правдоподібності і передбачають як пряме виправлення помилок, так і їх виявлення з наступним виправленням шляхом перезапиту пошкодженого блоку. Результати. Реалізовано факторіальні коди з виправленням помилок, які використовують метрики Евкліда і Хеммінга. Для цих кодів виконано порівняльний аналіз ймовірності невиявленої помилки, залишкової ймовірності помилкового прийому, енергетичного виграшу та відносної швидкості передавання. Показано, що характеристики коду не є інваріантними щодо множини дозволених кодових слів, а з розглянутих кодів більш ефективними є коди, які використовують метрику Хеммінга. Висновки. Отримав подальший розвиток метод факторіального кодування з відновленням даних за перестановкою, який за рахунок поєднання функцій виправлення та виявлення помилок дозволяє підвищити динамічну складову втрати швидкості і, як наслідок, відносну швидкість передавання, в порівнянні з виявляючим помилки факторіальним кодуванням за рахунок зниження його завадостійкості. Проведені експерименти підтвердили ефективність факторіальних кодів з виправленням помилок. EN: Context. Factorial data coding allows combining operations of cryptographic protection, intentional alteration of data, and error-correcting coding which leads to the decrease of redundancy introduced by transmitter and to the increase of data rate and effective throughput. At the same time, the described methods of factorial coding do not correct errors, which limits their use. Objective of this work is to develop a method of factorial coding with data recovery that provides a comprehensive solution of cryptographic protection and error control coding and allows combining the functions of communication channel errors detecting and correcting. Method. The basic idea of the proposed coding method is to increase the distance between the allowed code words that represent permutations calculated for all information bits of a data block and represented in a binary form. The methods of distance increasing based on Euclidean and Hamming metrics are investigated. The basic properties of factorial code with error correction are defined for each of these methods. The estimate of probability characteristics is done on the condition of independence of communication channel errors and their binomial distribution. The receiver structures are developed. Decoding rules implemented in receiver are based on the maximum likelihood criteria and provide both forward error correction and error detection with further correction by retransmission of damaged data block. Results. The factorial error-correcting codes using Euclidean and Hamming metrics are implemented. The comparative analysis of the probability of an undetected error, the residual probability of erroneous reception, energy gain, and the relative transmission rate is done for these codes. It is shown that code characteristics are not invariant to the set of allowed code words, and the codes that use Hamming metric are the most efficient codes between the presented codes. Conclusions. The method of factorial coding data recovery by permutation has been further developed. Due to the combination of error correction and detection functions, it can increase the rate loss dynamic component and, consequently, the relative transmission rate, compared to error-detecting factorial coding by reducing its noise immunity. The experiments confirmed the effectiveness of the factorial error-correcting codes.
Обчислювальна технологія перевірки рівня знань на основі методу послідовного аналізу
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Кузьма, К. Т.; Kuzma, K. T.
UK: Актуальність. Вирішено актуальну задачу підвищення ефективності процесу підтримки прийняття рішень під час статистичного контролю знань. Мета роботи – розробка обчислювальної процедури вирішення чотирьохальтернативної задачі класифікації тестованих за рівнем навченості, що дозволяє здійснювати контроль знань диференційовано, мінімізує об’єм завдань, необхідний для виконання. Метод. Запропоновано обчислювальну процедуру класифікації тестованих на чотири класи, які відповідають рівням навченості: «початковий», «середній», «достатній», «високий», що базується на використанні двохальтернативного критерію послідовного аналізу в декілька етапів та забезпечує здійснення контролю знань в процесі виконання завдань, мінімізуючи таким чином час перевірки знань, що дозволяє автоматизувати процес перевірки статистичних гіпотез у системах тестування та навчання з метою диференційної оцінки знань учасників навчального процесу. Для вирішення задачі оцінки придатності тесту запропоновано метод, що базується на побудові функції оперативної характеристики послідовного критерію, яка дозволяє визначити обсяг завдань достатній для досягнення бажаного рівня якості тесту за рахунок встановлення зв’язку між очікуваною ймовірністю прийняття гіпотези та випадковим значенням параметра ймовірності появи у виборці з 1,2,…n питань приймального числа невірно виконаних завдань. Результати. Розроблено програмне забезпечення, яке реалізує запропоновану обчислювальну процедуру, що використано при проведенні обчислювальних експериментів тестового контролю знань. Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованої процедури і програмного забезпечення, що її реалізує, а також дозволяють рекомендувати їх для застосування на практиці для рішення задач автоматизованої перевірки рівня знань. EN: Context. The actual task of increasing the effectiveness of decision support in the statistical control of knowledge has been solved. Objective is а development of a computational procedure for solving the problem of classification the educational process participants into four groups, according to their trainability level that allows to control knowledge differently, minimizing the amount of tasks required to accomplished. Method. The computer technology for classification the educational process participants into four groups, according to their trainability level: “initial”, “medium”, “sufficiently”, “high”, has been proposed, based on the use of sequential hypothesis testing procedure and allows to perform the controlling of the knowledge while accomplishing tasks, thus minimizing the time for testing and provides the automation of the process of verification the statistical hypotheses in a testing and learning systems with the purpose of differential assessment of knowledge the educational process participants. To solve the problem of definition the assessment standard the method based on creation the function of operational characteristics of sequential criteria is used. The function allows to establish a link between the expected probability of the hypothesis and random probability of the fact of presence in the sample with 1.2 ...n questions appropriate number of incorrect answers. Results. The software implementing proposed computational procedure have been developed and used in computational experiments of knowledge testing. Conclusions. The experiments confirmed the efficiency of the proposed procedure and software. The experiments also allow to recommend them for use in practice to solve the problems of automated assessment of knowledge.
Обнаружение аномалий в сетевом трафике на основе информативных признаков
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Имамвердиев, Я. Н.; Сухостат, Л. В.; Імамвердиєв, Я. Н.; Сухостат, Л. В.; Imamverdiyev, Y. N.; Sukhostat, L. V.
RU: Актуальность. Решена актуальная задача оценки информативности признаков данных большой размерности. Объектом исследования являлся сетевой трафик. Цель работы – анализ данных сетевого трафика на предмет информативности для выявления аномалий в сетевом трафике с целью сокращения пространства признаков. Метод. Предложен подход для оценки информативности признаков данных большой размерности, обеспечивающий повышение точности выявления аномалий в сетевом трафике и существенно увеличивающий скорость работы алгоритмов классификации. Проанализированы особенности алгоритмов случайного леса и Firefly. В работе для отбора признаков предложен подход на основе интеграции данных алгоритмов. Признаки сортируются в порядке убывания оценки их важности, наименее информативные не рассматриваются. В качестве классификаторов были рассмотрены деревья решений, наивный Байес, Байесовский классификатор, аддитивная логистическая регрессия и метод к-ближайших соседей. Результаты классификации были оценены с использованием пяти метрик: вероятности истинно-положительных и ложно-положительных результатов, F-меры, мер точности и полноты. Результаты. Эксперименты были проведены в среде Matlab 2016a, где был реализован предложенный алгоритм на наборе данных NSL-KDD. Наилучшие результаты классификации для отобранных признаков были получены методом к-ближайших соседей. Выводы. Проведенные эксперименты подтвердили работоспособность предложенного подхода, что позволяет рекомендовать его для применения на практике при оценке информативности с целью сокращения пространства признаков и повышения скорости работы алгоритмов классификации. Кроме того, в целях дальнейшего изучения эффективности обнаружения аномалий в сетевом трафике, будет использован набор реальных данных. UK: Актуальність. Вирішено актуальне завдання оцінки інформативності ознак даних великої розмірності. Об’єктом дослідження був мережевий трафік. Мета роботи – аналіз даних мережевого трафіку на предмет інформативності для виявлення аномалій в мережевому трафіку з метою скорочення простору ознак. Метод. Запропоновано підхід для оцінки інформативності ознак даних великої розмірності, що забезпечує підвищення точності виявлення аномалій в мережевому трафіку і істотно збільшує швидкість роботи алгоритмів класифікації. Проаналізовано особливості алгоритмів випадкового лісу і Firefly. В роботі для відбору ознак запропонований підхід на основі інтеграції даних алгоритмів. Ознаки сортуються в порядку убування оцінки їх важливості, найменш інформативні не розглядаються. Як класифікаторів були розглянуті дерева рішень, наївний Байес, Байєсівський класифікатор, аддитивная логістична регресія і метод до найближчих сусідів. Результати класифікації були оцінені з використанням п’яти метрик: ймовірності істинно-позитивних і хибно-позитивних результатів, F-заходи, заходів точності і повноти. Результати. Експерименти були проведені в середовищі Matlab 2016a, де був реалізований запропонований алгоритм на наборі даних NSL-KDD. Найкращі результати класифікації для відібраних ознак були отримані методом к-найближчих сусідів. Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованого підходу, що дозволяє рекомендувати його для застосування на практиці при оцінці інформативності з метою скорочення простору ознак і підвищення швидкості роботи алгоритмів класифікації. Крім того, з метою подальшого вивчення ефективності виявлення аномалій в мережевому трафіку, буде використаний набір реальних даних. EN: Context. The urgent task for feature informativeness evaluation of a large amount of data has been solved. The object of the study was a network traffic. Objective is to analyze the data informativeness for network traffic anomalies detection in order to reduce the feature space. Method. The approach for feature informativeness evaluation of a large amount of data is proposed to increase the accuracy of the anomaly detection in network traffic. It also substantially increases the computation speed of the classification algorithms. The characteristics of a random forest and Firefly algorithms are considered. In the paper, an algorithm for feature selection based on the integration of these algorithms is proposed. Features are sorted in descending order according to their importance, the least informative ones are not considered. The decision trees, naive Bayes, Bayesian classifier, additive logistic regression and k-nearest neighbors method are considered as classifiers. The quality of the classification results is estimated using six evaluation metrics: true positive rate, false positive rate, precision, recall, F-measure and AUC. Results. The experiments have been performed in the Matlab environment (2016a) on the NSL-KDD data set, using the proposed algorithm. The best classification results for the selected features have been obtained using k-nearest neighbors method. Conclusions. The conducted experiments have confirmed the efficiency of the proposed approach and allow recommending it for practical use in feature informativeness evaluation in order to reduce the feature space and increase the computation speed of the classification algorithms. In addition, in order to further study the effectiveness of anomaly detection in network traffic, a real data set will be used.
Розпаралелювання модифікованого методу гілок та меж для розв’язання задачі про паросполучення зі зникаючими дугами
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Данильченко, А. О.; Danylchenko, A.
UK: Актуальність. Розглянуто задачу складання розкладу проходження процедур пацієнтами санаторію, яка зведена до розширеної задачі пошуку максимального паросполучення в дводольному графі. Для поставленої задачі про паросполучення зі зникаючим дугами було розроблено оптимальний алгоритм її рішення на базі методу гілок і меж. Алгоритм враховує обмеження сумісності процедур. Проведено розрахунковий експеримент в основі якого лежить доказ доцільності розпаралелювання оптимального алгоритму розв’язання задачі складання розкладу прийому лікувальних процедур пацієнтами для прикладного використання його в санаторних закладах України. Мета роботи. Довести доцільність розпаралелювання оптимального алгоритму розв’язання задачі складання розкладу проходження процедур пацієнтами санаторію. Метод. Сформульована математична модель задачі про паросполучення зі зникаючим дугами. Обрані обчислювальні платформи різної конфігурації, що мають різні обчислювальні потужності: різну кількість ядер процесора, різний обсяг пам’яті, і т.д. Написано авторське програмне забезпечення для проведення експерименту. Програма складається з двох модулів: серверний модуль, який контролює процес виконання розрахунків і клієнтський модуль, який виконується на відокремлених ПЕОМ з метою обчислення паралельних операцій. Проведено обчислювальний експеримент по распараллеливанию оптимального алгоритму розв’язання задачі про паросполучення зі зникаючим дугами. Експеримент проводився на базі санаторію «Дениші». Обчислювальний експеримент проведений на серії випадкових умов задачі, що генеруються програмою. Проведено аналіз отриманих результатів шляхом порівняння часу рішення задачі про паросполучення зі зникаючим дугами оптимальним алгоритмом на різних обчислювальних платформах. Результати. Модифікований метод гілок та меж показує стабільність зменшення часу складання розкладу проходження процедур при збільшенні обчислювальних потужностей. Висновки. Прогнозований найменший час складання розкладу, отримано на обчислювальній платформі з максимальною кількістю задіяних ПЕОМ. Прогнозований час складання розкладу при використанні алгоритму розпаралелювання модифікації методу гілок і меж прямо пропорційно залежить від кількості вершин дводольного графа (що дорівнює сумі кількості процедур і кількості пацієнтів), кількості призначених процедур і обмежень. EN: Context. The problem of scheduling the passage of procedures of sanatorium patients, which is reduced to the problem of finding an extended maximum matching in a bipartite graph. For the task of matchings with disappearing arcs developed an optimal algorithm of its solution based on branch and bound method. The algorithm takes into account the limits of compatibility procedures. Spend the current experiment based on the evidence of the feasibility of algorithm parallelization for solving the problem of optimal scheduling patients receiving therapeutic treatments applied to its use in the health institutions of Ukraine. Objective. To prove the feasibility of the algorithm parallelization optimal solution of our problem. Method. A mathematical model of the problem of matchings with disappearing arcs. Selected computing platforms of different configurations with a variety of computing power: a different number of processor cores, different amounts of memory, etc. Written copyright software for the experiment. The program consists of two modules: a server module, which controls the process of performing calculations and client module that runs on the PC are separated for the purpose of calculating the parallel operations. The experiment was conducted on the basis of sanatorium “Denyshi”. Computational experiments for optimal algorithm parallelization for solving the problem of matchings with disappearing arcs. Computer experiment carried out on a series of random conditions of the problem generated by the program. The analysis of the results by comparing the time solving the problem of matchings with disappearing arcs optimal algorithm on different computing platforms. Results. The modified method of branches and borders shows the stability of reducing the time of scheduling transmission procedures with increasing computing power. Conclusions. Estimated minimum time scheduling, received at the computer platform with the maximum number of PCs involved. Estimated time scheduling algorithm parallelization by using modifications of the branch and bound directly proportional to the number of vertices of a bipartite graph (which is equal to the sum of the number of procedures and the number of patients), the number of assigned procedures and restrictions.
Особливості прогнозування результатів матчів у кіберспорті
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Коробчинський, М. В.; Чирун, Л. Б.; Висоцька, В. А.; Нич, М. О.; Korobchynskyi, M. V.; Chyrun, L. B.; Vysotska, V. A.; Nych, M. O.
UK: Актуальність. Зараз є актуальним розроблення систем прогнозування матчів у кіберспоті, це пов’язано з активним розвитком кіберспорту. У цій статті реалізовано можливість прогнозувати матчі користувачів. Мета. Метою виконання роботи є проектування моделі системи колективного прогнозування результатів ігор у кібер-спорті з використанням сучасної технології нейропрогнозування. Завданням є розроблення системи для спільного користувацького прогнозування результатів кіберспортивних матчів та самостійного опрацювання інформації і видачі власного прогнозу. До основних задач належать наступні: облік та аналіз всіх минулих і майбутніх ігор; облік та аналіз характеристик/результатів всіх команд; надання можливості користувачу персонально робити прогноз на кожен матч; визначення шансу на виграш команди на основі даних за попередні матчі. Метод. Проблему вирішено методом опитування експертів шляхом проведення аналітичних записок та за допомогою штучної нейронної мережі. В створеній ШНМ є три шари. Перший шар складається із 10 нейронів – рецепторів, або нейронів вхідних даних. Другий шар нейронів є внутрішній. Третій шар нейронів є вихідний, в ньому є лише 2 нейрони. Вхідною інформацією для алгоритму є кількість виграних матчів з останніх 10; кількість виграних матчів перед даною зустріччю (вінстрік); рейтинг команди; стабільність складу (час незмінності складу команди); середній показник програшів даної команди. Відповіддю є 1 або 2 (перемога конкретної команди). Результати. Для досягнення результату проведений аналіз відповідної літератури з інформацією про основні види колективного прогнозування. Розроблено дерево мети, і проведено систематичний аналіз предметної області. Застосовано метод інтерв’ю з експертами. Інтернет-ресурси реалізовані за CMS Drupal. Проаналізовані основні методи колективного прогнозування. Проведений систематичний аналіз об’єкта дослідження і предмета, цілей, побудованих дерев, визначено проблему і побудовано UML-діаграми. Проаналізовано застосування методу інтерв’ю з експертами. Реалізовано веб-сайт з CMS Drupal і мови програмування PHP. Висновки (наукова новизна і практична значущість). На основі розробленого алгоритму розрахунку прогнозів та навчання ШНМ реалізовано незалежний від людського фактору процес прогнозування матчів в кібер-спорті. Наявність такої ІС значно спростить пошук прогнозів на кібер-спортивні матчі та дасть можливість кожному бажаючому прийняти участь у прогнозуванні матчів. Система дає новий поштовх до вирішення проблеми прогнозування результатів не лише у кібер-спорті, а і у спорті взагалі. EN: Context. The forecasting system fixing in cybersport is relevant at this point, it is connected to an active development cybersport. In this paper the ability to predict matches users is implemented. Objective. The purpose of this work is the system model design of collective predicting outcomes of games results in cyber sport using modern technology of the neuro forecasting. The task is a system development for common user forecasting results of matches cybersport and independent information processing and issuing its own forecast. The main tasks include: all past and future games accounting and analysis; all teams performance / results accounting and analysis; user capabilities to make personal prediction for every match; determining the team winning odds based on previous matches. Method. The problem by the survey of experts by means of analytical reports and using artificial neural network is solved. ANN is established in three layers. The first layer consists of 10 neurons-receptors, neurons of inputs data. The second layer of neurons is inside. The third layer is the source of neurons, it is only 2 neurons. The input data for the algorithm is the number of matches won the last 10; the number of won games before this meeting; team rating; stability of (time invariance of the team); the average of the losing team. The answer is 1 or 2 (the victory of a particular team). Results. To achieve the cops of the relevant literature with information about the main types of collective prediction is reviewed. A tree objectives, and conducted a systematic analysis of the future system is developed. In this paper the method of interviews with experts and implemented it in their system is altered. Online resources implemented with CMS Drupal. The basic methods of collective prediction are described. A systematic analysis of the research object and subject is developed; objectives tree is developed and the problem and constructed UML-diagrams are studied. The method of interviews with experts and the use of this method in the paper are described. The implementation of a web site with CMS Drupal and programming language PHP is showed. Conclusions (scientific novelty and practical significance). Based on the algorithm calculation example and training artificial neural network independent of the human factor in the process of predicting matches cyber sport is implemented. The presence of such ICs greatly simplifies the search for example cyber sports matches and give everyone the opportunity to take part in predicting matches. This system can give new impetus to the problem of predicting results not only in cyber-sport and sport in general.
Синтез маршрутів суб-роїв безпілотних апаратів з використанням нейронної мережі Хопфілда для обстеження територій
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Журавська, І. М.; Мусієнко, М. П.; Zhuravska, I. M.; Musiyenko, M. P.
UK: Актуальність. Вирішено актуальну задачу економії обмежених енерго-, обчислювальних і технологічних ресурсів малогабаритних безпілотних літальних апаратів (БПЛА). Мета роботи – створення методу синтезу маршрутів суб-роїв БПЛА, що підвищує час життєздатності зграї БПЛА. Метод. Запропоновано метод побудови моделей часток («суб-роїв») зграї БПЛА, що виключає дубляж виконання завдання у вузлах координатних сіток, якими покривається досліджувана територія. Суміщення нейронної карти мережі Хопфілда та польотної карти для кожного суб-рою забезпечує повідомлення через модулі бездротового зв’язку між БПЛА факту виконання моніторингового або технологічного завдання будь-яким окремим БПЛА суб-рою решті БПЛА. Запропонований підхід надає можливість використовувати функції самозагоєння суб-роїв зграї птахоподібних об’єктів («боідів») шляхом перевизначення задач суб-роїв як кібер-фізичної системи у разі втрати окремих боідів при їх критичному застосуванні. Структура одержуваних моделей поведінки суб-роїв, реалізована у двовимірних просторових коридорах довільної форми з наступною конкатенацією отриманих 2D-рішень, значно спрощує вирішення задачі комівояжера у тривимірному просторі та дозволяє істотно прискорити виконання завдань обстеження ділянок територій. Результати. Розроблено програмне забезпечення (ПЗ), яке реалізує запропонований метод, що використано при проведенні обчислювальних експериментів по дослідженню властивостей методу. Висновки. Проведені експерименти підтвердили працездатність запропонованого методу і ПЗ, що його реалізує, а також дозволяють рекомендувати їх для застосування на практиці для рішення задач обстеження території з використанням зграї боідів. EN: Context. The urgent task the economy of the limited power, computing and technological resources of small unmanned aerial vehicles (UAVs) has been solved. Objective is a creation of sub-swarms’ routes synthesis method with increasing the time of UAV flock viability. Method. The method for model building of the UAVs’ sub-swarm is offered. It allows to avoid the dubbed tasks at any node of grids that cover the survey territory. Combining Hopfield neural network’s map and flight map for each sub-swarm provides an information via wireless communication modules of UAV about the executed facts of monitoring or technological tasks by any individual UAV of sub-swarm to rest of UAVs. This approach allows to use the self-healing properties of the sub-swarms in flocks of bird-like objects (“boids”) by means redefining the tasks of sub-swarms as a cyber-physical system in case of loss of several boids during a critical usage. The structure of the resulting sub-swarms’ behavior models is implemented in two-dimensional spatial corridors of arbitrary shape; then achieved 2D-solving are concatenated. This can significantly speed up the tasks survey territories. Results. The software implementing proposed method have been developed and used in computational experiments investigating the properties of the method. The experiments confirmed the efficiency of the proposed method and software. Conclusions. The experiments also allow to recommend them for use in practice to solve the problems survey area using boids’ flock.
Исследование результативности структурных методов классификации изображений с применением кластерной модели данных
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Гороховатский, В. А.; Путятин, Е. П.; Столяров, В. С.; Гороховатський, В. О.; Путятін, Є. П.; Столяров, В. С.; Gorokhovatsky, V. A.; Putyatin, Y. P.; Stolyarov, V. S.
RU: Актуальность. Повышение результативности и расширение функциональности современных систем компьютерного зрения требуют создания более эффективных методов обработки визуальной информации. Основные задачи структурного распознавания связаны с усовершенствованием информационных технологий классификации в пространстве описаний как множеств дескрипторов ключевых точек изображений, а также необходимостью оценивания действенности распознавания на прикладных образцах. Особое внимание уделяют изучению структуры данных для множества дескрипторов, что напрямую влияет на показатели функционирования систем распознавания. Цель. Изучение особенностей кластерного представления для множества структурных признаков прикладной базы изображений и оценивание показателей эффективности применения кластерной модели в методах структурного распознавания визуальных объектов в плане получения компактного представления данных. Метод. Предложено методы распознавания на основе трансформации пространства структурных признаков путем кластеризации и применения кластерных характеристик базы эталонных изображений. Первый метод использует интегральное представление описаний эталонов, второй метод при отнесении структурного элемента к классу опирается на значение вектора статистического распределения в матричном пространстве кластер-эталон. Итогом исследования есть создание методов распознавания и моделей обработки данных в процессе построения векторов релевантности или характеристик классов в трансформированном пространстве признаков. Результаты. За счет кластерного преобразования пространства структурных признаков сокращается объем вычислительных затрат, и в сотни раз улучшается быстродействие распознавания при сохранении нужной эффективности. Проведено сравнение методов SURF и ORB при формировании структурных признаков, время обработки методом ORB оказалось в 60 раз меньше. С другой стороны, множество дескрипторов SURF более точно отражает особенности формы визуальных объектов. Проведено моделирование и экспериментальные исследования предложенного метода распознавания в прикладной базе изображений. Подтверждена результативность метода в плане эффективности, получены сравнительные оценки качества распознавания в зависимости от уровня аддитивных помех для анализируемых вариантов обработки Выводы (научная новизна и практическая значимость). В проведенном исследовании систематизированы и получены перспективные свойства систем распознавания в пространстве структурных признаков изображений. Разработанные методы классификации на основе кластерного описания обеспечивают достаточный уровень различения изображений и высокую помехоустойчивость. Научная новизна исследования состоит в синтезе метода структурного распознавания изображений путем применения кластерной обработки и построения классифицирующих решений в пространстве кластер-эталон. Переход к векторно-кластерному виду существенно повышает быстродействие распознавания за счет упрощения обработки. Практическая ценность работы – получение прикладных программных моделей для модификаций метода структурного распознавания и подтверждение результативности и помехоустойчивости предложенной обработки в конкретных примерах баз изображений. UK: Актуальність. Підвищення результативності та розширення функціональності сучасних систем комп’ютерного зору вимагають створення більш ефективних методів обробки візуальної інформації. Основні завдання структурного розпізнавання пов’язані з удосконаленням інформаційних технологій класифікації в просторі описів як множин дескрипторів ключових точок зображень, а також необхідністю оцінювання дієвості розпізнавання на прикладних зразках. Особливу увагу приділяють вивченню структури даних для множини дескрипторів, що безпосередньо впливає на показники функціонування систем розпізнавання. Мета. Вивчення особливостей кластерного уявлення для множини структурних ознак прикладної бази зображень і оцінювання показників ефективності застосування кластерної моделі в методах структурного розпізнавання візуальних об’єктів в плані отримання компактного подання даних. Метод. Запропоновано методи розпізнавання на основі трансформації простору структурних ознак шляхом кластеризації і застосування кластерних характеристик бази еталонних зображень. Перший метод використовує інтегральне уявлення описів еталонів, другий метод при віднесенні структурного елементу до класу спирається на значення вектора статистичного розподілу в матричному просторі кластер-еталон. Підсумком дослідження є створення методів розпізнавання і моделей обробки даних в процесі побудови векторів релевантності або характеристик класів в трансформованому просторі ознак. Результати. За рахунок кластерного перетворення простору структурних ознак скорочується обсяг обчислювальних витрат, і в сотні разів поліпшується швидкодія розпізнавання при збереженні потрібної ефективності. Проведено порівняння методів SURF і ОРБ при формуванні структурних ознак, час оброблення методом ОРБ виявився в 60 разів менше. З іншого боку, множина дескрипторів SURF більш точно відображає особливості форми візуальних об’єктів. роведено моделювання та експериментальні дослідження запропонованого методу розпізнавання для прикладної бази зображень. Підтверджено результативність методу в плані ефективності, отримані порівняльні оцінки якості розпізнавання в залежності від рівня адитивних перешкод для аналізованих варіантів обробки. Висновки (наукова новизна і практична значущість). У проведеному дослідженні отримані і систематизовані перспективні властивості систем розпізнавання у просторі структурних ознак зображень. Розроблені методи класифікації на основі кластерного опису забезпечують достатній рівень розрізнення зображень і високу стійкість перед перешкодами. Наукова новизна дослідження полягає в синтезі методу структурного розпізнавання зображень шляхом застосування кластерної обробки і побудови класифікаційних рішень у просторі кластер-еталон. Перехід до векторно-кластерного подання істотно підвищує швидкодію розпізнавання за рахунок спрощення обробки. Практична значущість роботи – отримання прикладних програмних моделей для модифікацій методу структурного розпізнавання і підтвердження результативності та завадостійкості запропонованої обробки в конкретних прикладах базах зображень. EN: Сontext. Increasing of productivity and extension of the functionality of modern computer vision systems require more effective methods for visual information processing. Main goals of structural recognition are related with the improvement of information classification technology in the space of features in a form of image key point descriptors, as well as the necessity of recognition performance estimation for application datasets. Particular attention is related to the investigation of data structure for the set of descriptors that directly affects the functioning of the recognition system. Objective. Investigation of cluster representation for the set of structural features of application dataset was performed as well as the evaluation of cluster model performance in methods of visual objects structural recognition to provide compact representation of data was proposed. Method. Methods of recognition based on transformation of structural features space by clustering and usage of cluster dataset image features were proposed. First method uses the integral representation of etalon images descriptions, the second one is based on the value of statistical distribution vector in matrix space cluster model during building the association between structural element and class. Result of research is creation of recognition methods and data models during construction of relevance vectors and features of classes in the transformed feature space. Results. Using cluster transformation of the space of structural features allows to reduce the amount of computational costs, and improves recognition performance preserving desired efficiency in a hundred of times. Comparison between SURF and ORB methods for the formation of structural features was performed, processing time by ORB has appeared to be 60 times less. On the other hand, the set of SURF descriptors closely reflects the shape of visual objects. Modeling and experimental investigations of proposed recognition method for application dataset was performed. Effectiveness of the method in terms of efficiency was confirmed, comparative estimations of recognition quality depending on the level of additive noise for the analyzed treatment options were obtained. Conclusions (scientific novelty and practical significance). Paper proposed the systematization and obtaining of perspective properties of recognition systems in the space of structural features of images. Classification methods based on cluster descriptions provide a sufficient level of image discrimination and high noise immunity. Scientific novelty of the research consists of synthesis of a method of structural image recognition based on the use of cluster processing and the construction of classification decisions in space of etalon cluster. Conversion to the vector-cluster presentation allows to significantly increase the speed of recognition by processing simplification. Practical value of paper is the obtaining of application program models for the modifications of structural image recognition method with the confirmation of the effectiveness and noise immunity of the proposed approach in a specific image dataset.
Моделювання надзвичайної ситуації з вибухом хмари газоповітряної суміші
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Чуб, І. А.; Новожилова, М. В.; Матухно, В. В.; Chub, I. A.; Novozhylva, M. V.; Matuhno, V. V.
UK: Актуальність. Науково обґрунтоване ранжування рівнів потенційної небезпеки технологічних установок газонафтопереробних підприємств є необхідним для вирішення проблем забезпечення безпеки на всіх стадіях їх життєвого циклу. Діюча в Україні нормативна та методична база є недостатньою щодо розв’язання задач забезпечення вибухобезпеки об’єктів газонафтопереробки в сучасних умовах господарювання. Мета. Побудова та аналіз математичної моделі техногенної НС з вибухом хмари газоповітряної суміші на технологічному блоці газонафтопереробного підприємства як інструментального засобу визначення кількісної оцінки рівня вибухонебезпеки блока. Метод. Проведено структурну та параметричну ідентифікацію інтегрального критерію, який характеризує вибухонебезпеку технологічного блоку в цілому та враховує особливості забудови території, режиму вибуху, характеристик ВНР. Результати. В роботі вирішена задача визначення рівня вибухонебезпеки окремого технологічного обладнання та загалом технологічного блоку газонафтопереробного підприємства. Висновки. Наукова новизна результатів полягає в тому, що запропонований метод становить подальший розвиток методології та прикладних засобів забезпечення техногенної безпеки, зокрема вибухонебезпеки, потенційно небезпечних промислових об’єктів Результати чисельних експериментів дозволяють рекомендувати запропонований метод для використання на практиці. EN: Context. Science-based ranking of potential danger levels characterizing technological units at gas-oil reprocessing enterprises needs to address safety issues at all stages of their life cycle. Actual Ukrainian normative and methodological framework is insufficient to meet the challenges of explosion at gas-oil reprocessing enterprises in current economic conditions. Objective. Designing and analyzing mathematical model of tehnogenic emergency with the explosion of gas-air mixture clouds on block of gas-oil reprocessing technological enterprise as the constructive tool for quantify definition of explosive unit level. Method. Structural and parametric identification of integral criterion characterizing the unit explosiveness as a whole taking into account the peculiarities of enterprise territory development, the explosion regime, characteristics of explosive materials. Results. The problem of explosion hazard level estimation of separate technological equipment and whole technological block of a gas and oil refinery plant is solved in the work. Conclusions. The proposed method is a contribution to further development of the methodology and constructive means to ensure the technologic safety, in particular the explosion one, for potentially hazardous industrial objects. Numerical results allow us to recommend the proposed method to be used in practice.
Гибридное представление сплошных тел с использованием неявных и параметрических функций
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Чопоров, С. В.; Чопоров, С. В.; Choporov, S. V.
RU: Актуальность. Рассмотрена проблема представления сплошных тел в системах автоматизации проектных работ. Объектом исследования является прооцесс представления сплошных тел в системах автоматизации проектных работ. Цель работы – разработка гибридной схемы представления сплошных тел, использующей неявные функций, R-операций и параметрические функции. Метод. Для моделирования сплошных тел в статье предложено гибридное представление. Под абстрактным понятием «сплошное тело» в работе понимаются ограниченные и замкнутые подмножества евклидова пространства, которые моделируют физические тела; под схемой представления – синтаксически и семантически корректное отношение между множеством формальных описаний математических моделей и множеством сплошных тел. В основе гибридного представления идея одновременного использования граничного и функционального представлений. Предполагается, что при граничном представлении, области определяются своими границами, описанными при помощи параметрических функций, а при функциональном представлении – при помощи неявных функций с использованием положений теории R-функций. Для гибридного представления используются функции расстояния со знаком, которые позволяют рассматривать подобласти, описанные параметрическими функциями, как аргументы R-операций (конъюнкции, дизъюнкции или отрицания) при построении единой неявной функции, соответствующей сложному телу. Чтобы в произвольной точке вычислить расстояние со знаком до границы области, ограниченной параметрическими функциями, предложено использовать вспомогательное построение адаптивных дискретных моделей контуров. Расстояние от точки до границы аппроксимируется расстоянием от этой точки до ближайшего дискретного элемента. Для определения знака функции используется тест четности. Результаты. Разработанная гибридная схема представления реализована в программном продукте, на основе которого решены задачи построения моделей сложных тел. Выводы. Проведенные вычислительные эксперименты подтвердили корректность и работоспособность предложенного математического обеспечения. Перспективы дальнейших исследований состоят в том, чтобы оптимизировать вычисление функций расстояния со знаком, например, например, при помощи технологий параллельных вычислений. UK: Актуальність. Розглянута проблема подання суцільних тіл у системах автоматизації проектних робіт. Об’єктом дослідження є процес подання суцільних тіл у системах автоматизації проектних робіт. Мета роботи – розробка гібридної схеми подання геометричних об’єктів, що використовує неявні функції R-операції та параметричні функції. Метод. Для моделювання суцільних тіл у статті запропоновано гібридне подання. Під абстрактним поняттям «суцільне тіло» у роботі розуміються обмежені замкнені підмножини евклідова простору, які моделюють фізичні тіла, а під схемою подання – синтаксично та семантично коректне відношення між множиною формальних описів математичних моделей та множиною суцільних тіл. В основі гібридного подання покладено ідею одночасного використання граничного і функціонального подань. Вважається, що при граничному поданні, області визначаються власними границями, описаними за допомогою параметричних функцій, а при функціональному поданні – за допомогою неявних функцій з використанням положень теорії R-функцій. Для гібридного подання використовуються функції відстані зі знаком, які дозволяють розглядати області, описані параметричними функціями, як аргументи R-операцій (кон’юнкції, диз’юнкції або заперечення) у процесі побудови єдиної формули для складного тіла. Щоб у довільній точці обчислити відстань зі знаком до границі області, обмеженої параметричними функціями, запропоновано використовувати допоміжну побудову адаптивних дискретних моделей контурів. Відстань від точки до границі апроксимується відстанню від цієї точки до найближчого дискретного елементу. Для визначення знаку функції використовується тест парності. Результати. Розроблена гібридна схема подання реалізована у програмному продукті, на основі якого вирішенні задачі побудови моделей складних тіл. Висновки. Проведені обчислювальні експерименти підтвердили коректність і працездатність запропонованого математичного забезпечення. Перспективи подальших досліджень можуть полягати в оптимізації обчислення функції відстані зі знаком, наприклад, за допомогою технологій паралельних обчислень. EN: Context. The present article deals with the problem of representation of solids in computer-aided design. The object of the study is a process of representation of solids in computer-aided design. Objective. The objective of the study is the development of a hybrid representation scheme which uses implicit functions, R-operations and parametric functions. Method. In the article, a hybrid representation scheme has been suggested to model solids. An abstract notion “solid” denotes bounded and closed subsets of Euclidean space, which model physical bodies. A representation scheme is a syntactically and semantically correct relation between a set of formal models and a set of solids. It is supposed that boundary represented regions are defined by parametric functions. On the other hand, functionally represented regions are defined by implicit functions. The hybrid representation scheme is based on an idea of combining the boundary representation scheme with the functional representation scheme. The hybrid representation scheme uses a signed distance function to transform regions with parametric boundaries into implicitly defined regions. Adaptive discrete models are used to evaluate a signed distance from some point to a boundary of a region which boundaries are defined by parametric functions. A distance from a point to the closest discrete element approximates a distance from a point to a boundary of a region. The parity test has been used to define a sign of a distance. Results. The developed hybrid representation scheme has been implemented in software and investigated for solving the problems of solid modeling. Conclusions. Carried out numerical experiments have confirmed the proposed software operability. The prospects for further research may include the development of parallel methods for calculation of a signed distance function.
Построение модифицированной совершенной формы системы остаточных классов с использованием факторизации
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Касянчук, М. Н.; Касянчук, М. М.; Kasianchuk, M. M.
RU: Актуальность. Решена актуальная задача нахождения модулей системы остаточных классов, в которой повышается скорость перевода чисел из системы остаточных классов в десятичную систему исчисления. Цель работы – разработка метода построения четырeхмодульной модифицированной совершенной формы системы остаточных классов, в которой отсутствует процедура поиска обратного элемента по модулю при переводе чисел из системы остаточных классов в десятичную систему исчисления. Метод. Предложен метод определения набора модулей модифицированной совершенной формы системы остаточных классов на основе факторизации произведения чисел. Использование данного метода позволяет существенно уменьшить вычислительную сложность при выполнении арифметических операций над многоразрядными числами путeм распараллеливания процесса вычислений и переводе чисел из системы остаточных классов в десятичную систему исчисления за счeт исключения процедуры поиска обратного элемента по модулю и умножения на базисные числа. Определены условия для нахождения любого количества модулей модифицированной совершенной формы системы остаточных классов, два из которых являются неизвестными. Приведeн пример использования предложенного метода для четырeхмодульной модифицированной совершенной формы системы остаточных классов, в котором получены все возможные наборы модулей при заданном наименьшем модуле. Представлены табличные значения и проанализированы графические зависимости полученных модулей. Результаты. Использование предложенного метода подбора модулей, которые образуют модифицированную совершенную форму, позволит увеличить быстродействие вычислительных систем, работающих в системе остаточных классов. Выводы. Впервые предложен метод построения четырeхмодульной модифицированной совершенной формы системы остаточных классов на основе факторизации, в которой отсутствует сложная процедура поиска обратного элемента по модулю. Это позволяет упростить процессы вычислений над многоразрядными числами и перевода чисел из системы остаточных классов в десятичную систему исчисления. UK: Актуальність. Вирішено актуальне завдання знаходження модулів системи залишкових класів, в якій підвищується швидкість переведення чисел із системи залишкових класів у десяткову систему числення. Мета роботи – розробка методу побудови чотирьохмодульної модифікованої досконалої форми системи залишкових класів, в якій відсутня процедура пошуку оберненого елемента за модулем при переведенні чисел із системи залишкових класів у десяткову систему числення. Метод. Запропоновано метод визначення набору модулів модифікованої досконалої форми системи залишкових класів на основі факторизації добутку чисел. Використання даного методу дозволяє істотно зменшити обчислювальну складність при виконанні арифметичних операцій над багаторозрядними числами шляхом розпаралелювання процесу обчислень та переведенні чисел із системи залишкових класів у десяткову систему числення за рахунок уникнення процедури пошуку оберненого елемента за модулем і множення на базисні числа. Визначено умови для знаходження будь-якої кількості модулів модифікованої досконалої форми системи залишкових класів, два з яких є невідомими. Наведено приклад використання запропонованого методу для чотирьохмодульної модифікованої досконалої форми системи залишкових класів, в якому отримані всі можливі набори модулів при заданому найменшому модулі. Представлено табличні значення та проаналізовані графічні залежності отриманих модулів. Результати. Використання запропонованого методу підбору модулів, що утворюють модифіковану досконалу форму, дозволить збільшити швидкодію обчислювальних систем, які працюють у системі залишкових класів. Висновки. Вперше запропоновано метод побудови чотирьохмодульної модифікованої досконалої форми системи залишкових класів на основі факторизації, в якій відсутня складна процедура пошуку оберненого елемента за модулем. Це дозволяє спростити процеси обчислень над багаторозрядними числами і переведення чисел із системи залишкових класів у десяткову систему числення. EN: Context. The urgent task of finding modules of the system of residue classes, which characterize by increasing the speed of transition of numbers from the system of residue classes into decimal number system. Objective is to develop a method of constructing modified fourth-module perfect form of the system of residue classes without procedure of finding of the absolute value for inverse element under number transition from residue number system to decimal number system. Method. The method of determining a set of modules if modified perfect form of system’s of residue number was proposed which was based on factorization of numbers product. Usage of this form significantly reduced the computational complexity when arithmetic operations were performing on multi-digital numbers and transferring of numbers from the system of residual classes in the decimal system of calculation by eliminating of the searching procedure of the inverse element in absolute value and multiplying by the basic numbers. The conditions of discovering of any absolute number of modified perfect form of system of residual classes and two of them are unknown. An example of the proposed method for forth-module with modified perfect form system, which received all possible sets of modules with given smallest module. Tabular amounts are presented and analyzed according to the received image of modules. Results. Utilization of the proposed method of modules selection which has constructed modified perfect form allows to increase the performance of computing systems operating in the system residual classes. Conclusions. It’s the first time of discover of the method which allows to construct modified fourth-module perfect form of the system of residue classes based on factorization without complicated procedure of finding of the absolute value for inverse element. Present work helps to simplify the process of calculating digit number and transfer numbers from the system of residual classes into decimal system.
Метод численного дифференцирования зашумленных данных с выбросами
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Вовк, С. М.; Вовк, С. М.; Vovk, S. M.
RU: Актуальность. Применение традиционных методов численного дифференцирования к зашумленным данным с выбросами приводит к значительным ошибкам. Объектом данного исследования является процесс численного дифференцирования таких данных. Цель работы – разработка метода численного дифференцирования зашумленных данных с выбросами, который позволяет получить гладкую аппроксимацию их первой производной и, соответственно, гладкую аппроксимацию самих данных. Метод. Предложенный метод численного дифференцирования основан на решении задачи минимизации сглаживающего функционала, который построен на критерии минимума протяженности невязки решения и ограничении энергии первой производной решения. Критерий минимума протяженности задает основную часть функционала и обеспечивает его устойчивое поведение по отношению к аддитивному шуму и выбросам. Ограничение задает стабилизирующую часть функционала и обеспечивает гладкость решения задачи. Вклад указанных частей регулируется с помощью параметра регуляризации. Поскольку основная часть сглаживающего функционала не является выпуклой, то задача его минимизации является задачей нелинейного невыпуклого программирования. Для численного решения этой задачи используется метод сопряженных градиентов, в котором величина шага вдоль направления спуска определяется на множестве пробных шагов. Эти шаги минимизируют отдельные компоненты основной и стабилизирующей частей сглаживающего функционала, что позволяет переходить из одного локального минимума функционала в другой более глубокий локальный минимум. Результаты. Моделирование задачи численного дифференцирования зашумленных данных с выбросами и обработка экспериментальных данных, которые представляли собой спектры фотолюминесценции при наличии в их составе узких линейчатых спектральных составляющих, подтвердили эффективность предложенного метода. Выводы. Предложенный метод может быть использован для численного дифференцирования зашумленных данных с выбросами. При этом он позволяет получить гладкую аппроксимацию первой производной исходных данных и гладкую аппроксимацию самих исходных данных. Данный метод можно обобщить на случай негладкого решения путем построения стабилизирующей части функционала на основе ограничения полной вариации решения. UK: Актуальність. Застосування традиційних методів чисельного диференціювання до зашумлених даних з викидами призводить до значних похибок. Об’єктом цього дослідження є процес чисельного диференціювання таких даних. Мета роботи – розробка методу чисельного диференціювання зашумлених даних з викидами, який дозволяє отримати гладку апроксимацію їх першої похідної та, відповідно, гладку апроксимацію самих даних. Метод. Запропонований метод чисельного диференціювання заснований на рішенні задачі мінімізації згладжувального функціонала, який побудований на критерії мінімуму протяжності відхилу рішення та обмеженні енергії першої похідної рішення. Критерій мінімуму протяжності формує основну частину функціонала й забезпечує його стійку поведінку у відношенні до адитивного шуму й викидів. Обмеження формує стабілізувальну частину функціонала й забезпечує гладкість рішення задачі. Внесок зазначених частин регулюється за допомогою параметра регуляризації. Оскільки основна частина згладжувального функціонала не є опуклою, то задача його мінімізації є задачею нелінейного неопуклого програмування. Для чисельного рішення цієї задачі використовується метод спряжених градієнтів, в якому величина кроку вздовж напрямку спуска визначається на множині випробувальних кроків. Ці кроки мінімізують окремі компоненти основної та стабілізувальної частин функціонала, що дозволяє переходити з одного локального мінімуму функціонала в інший більш глибокий локальний мінімум. Результати. Моделювання задачі чисельного диференціювання зашумлених даних з викидами та обробка експериментальних даних, які являли собою спектри фотолюмінесценції з присутністю в їх складі вузьких лінійчатих спектральних складових, засвідчили ефективність запропонованого методу. Висновки. Запропонований метод може бути використаний для чисельного диференціювання зашумлених зашумлених даних з викидами. При цьому він дозволяє отримати гладку апроксимацію першої похідної початкових даних, а також гладку апроксимацію самих початкових даних. Поданий метод можна узагальнити на випадок негладкого рішення шляхом побудови стабілізувальної частини функціонала на основі обмеження повної варіації рішення. EN: Context. Using of conventional methods of numerical differentiation to the noisy data with outliers leads to significant errors. The object of this study is the process of numerical differentiation of such data. Objective. The goal of this work is the development of a method of numerical differentiation of the noisy data with outliers to obtain a smooth approximation of the first derivative of original data as well as a smooth approximation of the original data themselves. Method. The proposed method of numerical differentiation is based on solving the problem of minimizing the smoothing functional, which is built on the criteria of a minimum of extent of the solution residual and of an energy constraint of the first derivative of solution. The minimum-extent criterion defines the main part of functional and ensures its stable behavior with respect to the additive noise and outliers. The energy constraint defines the stabilizing part of the functional and provides a smooth solution of the problem. The contribution of these parts is controlled by a regularization parameter. Since the main part of smoothing functional is not convex, then the minimization problem is the non-convex nonlinear programming problem. For the numerical solution of this problem the conjugate gradient method is used. In this method the step size along the descent direction is defined on the set of test steps. These steps minimize the individual components of the main and stabilizing parts of the smoothing functional that allows to move from the one local minimum of the functional to another deeper local minimum. Results. Simulation of the problem of numerical differentiation of noisy data with outliers and processing of the experimental data, which are photoluminescence spectra with narrow line components in their compositions, confirmed the performance of the proposed method. Conclusions. The proposed method can be used for numerical differentiation of noisy data with outliers. It provides a smooth approximation of the first derivative of the original data, as well as a smooth approximation of the original data themselves. This method can be generalized to the case of non-smooth solutions by constructing a stabilizing part of the functional based on the criterion of minimum total variation.
Система підтримки прийняття рішень з адаптивними блоками відновлення та прогнозування сонячних радіофлюксів
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Братусь, О. В.; Bratus, O. V.
UK: Актуальність. Створення нових методів для відновлення та прогнозування сонячних даних, нових систем підтримки прийняття рішень для обробки сонячних радіофлюксів при довжині хвилі 10,7 см є актуальними задачами, тому що це дасть можливість виконувати правильно та автоматизовано попередню обробку даних та подальше прогнозування. Мета. Розробити метод ковзного двобічного експоненційного згладжування для відновлення пропущених значень та прогнозування часових рядів; створити інтегральний критерій адекватності моделі та критерій близькості для застосування при відновленні істинних закономірностей розвитку часових рядів; створити систему підтримки прийняття рішень для аналізу та прогнозування сонячних радіофлюксів при довжині хвилі 10,7 см з використанням розроблених методів; застосувати розроблені методи для реальних даних та порівняти з традиційними методами. Метод. Для досягнення поставленої мети використано такі методи: розроблений метод ковзного двобічного експоненційного згладжування; метод експоненційного згладжування; метод 13-місячного ковзного середнього; експоненційний підхід, запропонований Хетеуеєм, Уілсоном та Рейхманом. Результати. Розроблено метод ковзного двобічного експоненційного згладжування для відновлення пропущених значень часових рядів та для прогнозування часових рядів. Створено інтегральний критерій адекватності моделі та критерій близькості. Розроблено систему підтримки прийняття рішень для аналізу та прогнозування сонячних даних. Виконано практичне застосування розроблених методів для реальних даних та порівняння з традиційними методами. Висновки. Розроблений метод ковзного двобічного експоненційного згладжування показує перевагу порівняно з усіма традиційними методами при відновленні пропущених значень, істинних закономірностей та прогнозуванні сонячних радіофлюксів. EN: Context. Creation of new methods for solar data restoring and forecasting, new decision making support systems for processing of solar radio fluxes at a wavelength of 10.7 cm are topical problems, because it will give an opportunity to perform preliminary data processing and further forecasting correctly and automated. Objective. To develop moving two-sided exponential smoothing method for restoring of missed values and forecasting of time series; to create integral criterion of model adequacy and the proximity criterion for using for restoring of the true regularities of time series evolution; to develop decision making support system for analysis and forecasting of solar radio fluxes at a wavelength of 10.7 cm with using of developed methods; to apply developed methods for real data and to compare with traditional methods. Method. For achieving of formulated goal the following methods were used: developed moving two-sided exponential smoothing method; exponential smoothing method; 13-month running mean method; exponential approach, which was suggested by Hathaway, Wilson and Reichmann. Results. Moving two-sided exponential smoothing method for restoring of missed values of time series and for forecasting of time series was developed. The integral criterion of model adequacy and the proximity criterion were created. Decision making support system for analysis and forecasting of solar data was developed. Practical application of developed methods for real data and comparison with traditional methods were performed. Conclusions. Developed moving two-sided exponential smoothing method is shown superiority in comparison with all traditional methods in the restoring of missed values, true regularities and forecasting of solar radio fluxes.
Дослідження швидкодії безпошукового цифрового методу спектрального кореляційно-інтерферометричного пеленгування з подвійним кореляційним обробленням
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Ципоренко, В. В.; Ципоренко, В. Г.; Хоменко, М. Ф.; Tsyporenko, V. V.; Tsyporenko, V. G.; Khomenko, M. F.
UK: Актуальність. На сьогодні пеленгування радіоелектронних засобів повинно здійснюватись в умовах складної електромагнітної обстановки, великої апріорної невизначеності щодо параметрів радіовипромінювань, а також в умовах реального масштабу часу реалізації. Перспективним напрямком реалізації пеленгування для вказаних умов є використання широкосмугових цифрових кореляційно-інтерферометричних радіопеленгаторів. Мета. Метою статті є оцінка сумарних часових витрат, швидкодії та відносної часової ефективності безпошукового цифрового методу кореляційно-інтерферометричного пеленгування з подвійним кореляційним обробленням. Метод. В роботі виконано аналітичні дослідження сумарних часових витрат кореляційно-інтерферометричного алгоритмів пеленгування та експериментальні дослідження відносної часової ефективності. Результати. Виконано аналітичну оцінку сумарних часових витрат, швидкодії та відносної часової ефективності безпошукового цифрового методу кореляційно-інтерферометричного пеленгування з подвійним кореляційним обробленням. За умов мінімальних апаратурних витрат, тобто при використанні одноканальної системи обробки даних визначено, що досліджений безпошуковий метод пеленгування забезпечує пеленгування радіовипромінювань, що потрапляють в смугу частот одночасного аналізу з можливою шириною до 500 МГц в реальному масштабі часу. Досліджений метод пеленгування має високу відносну часову ефективність порівняно з відомим пошуковим цифровим спектральним кореляційно-інтерферометричним методом пеленгування. Висновки. Порівняльний аналіз показав, що досліджений метод пеленгування має високу відносну часову ефективність, яка в 100 разів перевищує відомий пошуковий цифровий спектральний кореляційно-інтерферометричний метод пеленгування. EN: Contex. At present, the direction finding of radio electronic means should be carried out under conditions of a complex electromagnetic situation, a large a priori uncertainty regarding the parameters of radio emissions, and also in conditions of a real-time implementation. A promising direction in the direction finding implementation for these conditions is the use of broadband digital correlation-interferometric radio direction finders. Objective. The aim of the article is to estimate the total time costs, speed and relative time efficiency of the direct digital method of spectral correlative-interferometric direction finding with double correlation processing. Method. Analytic studies of total time costs of correlation-interferometric direction finding algorithms and experimental studies of relative time efficiency are performed in the work. Results. Analytical estimation of total time costs, speed and relative time efficiency of the direct digital method of spectral correlative-interferometric direction finding with double correlation processing is performed. With minimal hardware costs, that is, using a single-channel data processing system, it is determined that the investigated direct direction finding method provides direction finding of radio emissions entering the frequency band of simultaneous analysis with a possible width of up to 500 MHz in real time. The investigated direction finding method has relative time efficiency in 100 times higher in comparison with the known search digital spectral correlation-interferometric method of direction finding. Conclusions. Comparative analysis has shown that the investigated direction finding method has a high relative time efficiency exceeding 100 times in comparison with the known search digital spectral correlation-interferometric method of direction finding.
Анализ эффективности адаптивного поляризационного фильтра в условиях одновременного воздействия активных и пассивных помех
(Національний університет "Запорізька політехніка", 2017) Пиза, Дмитрий Макарович; Семенов, Дмитрий С.; Мороз, Гарри Владимирович; Піза, Дмитро Макарович; Семенов, Дмитро С.; Мороз, Гаррі Володимирович; Piza, D. M.; Semenov, D. S.; Moroz, G. V.
RU: Актуальность. При воздействии комбинированной помехи пространственно-распределенный характер пассивной составляющей разрушает пространственную корреляцию точечных источников активной помехи. Это приводит к существенному ухудшению коэффициента подавления активной составляющей комбинированной помехи. Поэтому актуальным является исследование влияния пассивной составляющей комбинированной помехи на процесс компенсации активной шумовой помехи, а также формирование классифицированной обучающей выборки, порожденной только активной шумовой помехой, для адаптации весовых коэффициентов поляризационного фильтра. Цель. Исследование частотного метода формирования классификационной обучающей выборки для адаптации весовых коэффициентов поляризационного фильтра в условиях одновременного воздействия активных шумовых и пассивных помех, действующих по главному лучу и по боковым лепесткам диаграммы направленности. Метод. В предложенном методе при формировании классифицированной обучающей выборки используются частотные отличия в ширине спектра активной и пассивной помехи. Результаты. Разработана имитационная модель адаптивного поляризационного фильтра. Путем анализа процессов формирования весовых коэффициентов установлено, что предложенный метод может обеспечить эффективную компенсацию активной составляющей комбинированной помехи. Проведенные экспериментальные исследования поляризационного фильтра в полигонных условиях подтвердили высокую эффективность подавления активных шумовых помех, действующих по главному лучу диаграммы направленности антенны. Научная новизна состоит в разработке нового метода и имитационной модели формирования классификационной обучающей выборки для адаптации весовых коэффициентов поляризационного фильтра. Практическая значимость определяется проведенными экспериментальными исследованиями в полигонных условиях с количественными оценками эффективности предложенного метода. Показано, что при использовании частотных отличий в структуре активной и пассивной составляющей комбинированной помехи коэффициент подавления активной шумовой помехи, действующий с направления главного луча диаграммы направленности антенны, может достигать 25 децибел. UK: Актуальність. В умовах дії комбінованої завади просторово-розподіленний характер пасивної складової руйнує просторову кореляцію точкових джерел активної завади. Це спричиняє суттєве погіршення коефіцієнта подавлення активної складової комбінованої завади. Тому актуальними є дослідження впливу пасивної завади на процес компенсації активної шумової завади, а також методи формування класифікаційної навчальної вибірки, породженої тільки активною завадою, для адаптації вагових коефіцієнтів поляризаційного фільтра. Ціль. Дослідження частотного методу формування класифікаційної навчальної вибірки для адаптації вагових коефіцієнтів поляризаційного фільтра в умовах одночасної дії активних шумових та пасивних завад, які діють по головному променю та бокових пелюстках діаграми спрямованості антени. Метод. В запропонованому методі при формуванні класифікаційної навчальної вибірки використовуються частотні відмінності в ширині спектра активної та пасивної завади. Результати. Розроблена імітаційна модель адаптації поляризаційного фільтра. Шляхом аналізу процесів формування вагових коефіцієнтів встановлено, що запропонований метод може забезпечити ефективну компенсацію активної складової комбінованої завади. Проведені експериментальні дослідження поляризаційного фільтра в полігонних умовах підтвердили високу ефективність подавлення активних шумових завад, які діють по головному променю діаграми спрямованості антени. Наукова новизна: полягає в розробці нового методу та імітаційної моделі формування класифікаційної навчальної вибірки для адаптації вагових коефіцієнтів поляризаційного фільтра. Практична значимістьвизначається проведеними експериментальними дослідженнями в полігонних умовах з кількісними оцінками ефективності запропонованого методу. Показано, що при використанні частотних відмінностей в структурі активної і пасивної складової комбінованої завади коефіцієнт подавлення активної шумової завади, діючий з напряму головного променя діаграми спрямованості антени, може досягати 25 децибел. EN: Relevance. The spatially-distributed nature of the passive component destroys the spatial correlation of point sources of active interference under the influence of combined interference. This leads to a significant degradation in the suppression coefficient of the active component of the combined interference. Therefore, it is relevant to research the influence of the passive component of the combined interference on the process of compensation of active noise interference, as well as the formation of a classified training sample generated with only active interference, to adapt the weighting coefficients of the polarization filter. Objective is research of the frequency method that used for the formation of a classification training sample for the adaptation of the polarization filter’s weighting coefficients under conditions of simultaneous acting of active noise and passive interference along the main beam of the antenna pattern. Method. The proposed method uses the frequency differences in the width of the spectrum of active and passive interference for training sample forming. Results. The simulation model of the adaptive polarization filter was developed. It was found with analyzing of the formation of weight coefficients that the proposed method can provide effective compensation of the active component of the combined interference. The conducted experimental researches of the polarization filter in the field conditions confirmed the high efficiency of suppression of active noise interference that acts along the main beam of the antenna pattern. Scientific novelty is consist in the development of a new method and an imitation model for the formation of a classification training sample for the adaptation of the weight coefficients of a polarization filter. Practical significance was determined by the conducted experimental researches in the field conditions with quantitative estimates of the effectiveness of the proposed method. It was shown that using of the frequency differences in the structure of the active and passive components of the combined noise, it is possible to achieve of the cancellation factor equal 25 decibels and more for the active noise that act in the direction of the main beam of antenna pattern.

Browse

Recent Submissions