Рассмотрена задача обработки больших объемов неструктурированных данных, получаемых из открытых веб-источников, в условиях ограниченных ресурсов хранения и роста доли спам-контента. Цель исследования — разработка архитектурных и технологических решений для эффективного управления потоками неструктурированных данных, включая поддержание актуального состояния ядра документов, релевантных предметной области. Предложены варианты реализации технологий вытесняющего хранения данных и отложенного веб-скрейпинга. Вытесняющее хранение позволяет управлять данными в системах с фиксированным объемом памяти, используя критерии значимости документов: время создания, соответствие предметной области и уровень дублирования. Технология отложенного скрейпинга предназначена для обогащения данных путем дополнения и уточнения информации из открытых источников без создания пиковой нагрузки на внешние ресурсы. Предложен вариант решения задачи поддержания в актуальном состоянии ядра документов, релевантных состоянию предметной области. Предложена архитектура системы вытесняющего хранения и отложенного скрейпинга, которая позволяет эффективно управлять данными при экспоненциальном росте контента. Полученные результаты могут применяться для совершенствования методов обработки агрегированного и синтетического контента, получаемого из открытых источников.

Проанализированы направления использования онтологий для обеспечения требований интероперабельности (функциональной совместимости) при создании информационных систем (ИС) с использованием технологий искусственного интеллекта. Показано, что эти технологии целесообразно интегрировать с традиционными технологиями аналитико-имитационного моделирования. При этом наибольшую значимость в функциональной совместимости ИС различного назначения имеют семантика передаваемой информации, знания о порядке ее обработки и применения, а также знания о целях и задачах в заданном контексте использования ИС. Проведенный анализ показал, что для обеспечения интероперабельности существующих и унаследованных ИС без вмешательства в имеющийся порядок их раздельной эксплуатации, технологического процесса обработки данных, архитектурных и технических решений необходимо создать онтологически управляемую надстройку над ними, позволяющую обеспечить функциональную совместимость ИС. При этом функциональная совместимость ИС может быть обеспечена как на основе экспертных подсистем-посредников, реализуемых в виде семантических медиаторов, так и аналитико-имитационных моделей при соблюдении условий гомоморфизма отношений, лежащих в их основе.

Квадрокоптеры являются одним из наиболее применяемых типов беспилотных летательных аппаратов благодаря простой конструкции, высокой маневренности, универсальности и экономичности. Однако управление движением квадрокоптера по заданной траектории является серьезной проблемой из-за нелинейностей, внешних возмущений и ограничений привода. Пропорционально-интегрально-дифференциальный (ПИД) регулятор является удобным инструментом управления при использовании современных методов оптимизации. Целью работы является повышение эффективности управления движением квадрокоптера по заданной траектории с использованием ПИД-регулятора, коэффициенты которого оптимизированы метаэвристическим алгоритмом 3S Optimizer. Управление квадрокоптером осуществляется путем формирования сигналов для четырех двигателей, которые обеспечивают соответствующие угловые скорости, позволяющие достичь заданного положения и ориентации в пространстве. Схема управления квадрокоптером разработана по иерархической модели, включающей три вложенных контура управления. Проектирование ПИД-регуляторов с использованием 3S Optimizer формулируется как задача оптимизации с ограничениями на перерегулирование, время нарастания и время переходного процесса. Проведены два типа экспериментов: 1) проверка реакции системы управления на входные сигналы в виде единичных скачков; 2) проверка способности системы управления следовать заданной траектории. В обоих экспериментах системы управления с настройками алгоритмом 3S Optimizer практически по всем критериям показали лучшие результаты.

Рассмотрены методы моделирования трудноформализуемых объектов. Сложность формализации обусловлена проявлением не-факторов, которые различаются по признакам проявления при построении моделей, что выражается в слабой предсказуемости поведения объекта, большом числе влияющих факторов (часто описываемых качественно) и трудностях их количественного измерения. В качестве примера рассматривается технологический процесс производства кормов, формализация которого осложнена различными типами не-факторов (неопределенностью, нечеткостью и пр.). На примере данного объекта продемонстрирована возможность использования нечетко-возможностного подхода при построении моделей с компенсацией неопределенности.

Разработана концепция многоуровневого цифрового двойника для адаптивного производства малых космических аппаратов типа CubeSat. Формализована архитектура цифрового двойника, обеспечивающая сквозную синхронизацию данных с опорой на структурно-функциональную модель изделия, маршрута сборки и производственной системы. Методологической основой послужила стохастическая календарно-сетевая модель с динамической маршрутизацией сборочных операций. В среде MatLab/Simulink выполнена симуляция предложенной модели с расчетом времени производственного цикла и коэффициента общей эффективности оборудования. Сформулирована математическая модель адаптивного планирования производственного цикла малых космических аппаратов типа CubeSat, в которой целевая функция минимизации объединяет отклонение календарного времени, интегральную эффективность оборудования и коэффициент брака, а симуляция осуществляется с учетом сетевых ограничений, матрицы предшествования и лимитов загрузки по типам ресурсов. Разработанная архитектура может применяться для организации автоматизированного контроля, планирования и адаптации производственного процесса при серийной сборке малых космических аппаратов.

Предложена математическая модель изнашивания пары трения „сталь–полимер“ без смазки. Модель основана на уравнениях теплового баланса и кинетики износа, учитывающих диссипацию энергии при трении и теплообмен с окружающей средой. В отличие от традиционных подходов, предложенная модель включает в себя критические точки, соответствующие температурным переходам в полимере, что позволяет прогнозировать их положение на экспериментальных зависимостях с высокой точностью. Особое внимание уделено деструкции свойств полимера под воздействием температуры и механических нагрузок, существенно влияющей на трибологические характеристики пары трения. Модель реализована в САПР MatLab с использованием метода конечных элементов для численного решения уравнений теплопроводности и износа. Результаты моделирования, сопоставленные с экспериментальными данными, демонстрируют адекватность модели и возможность ее применения для оптимизации параметров трибологических систем „сталь–полимер“.

Предложена аналитическая модель системы считывания информации с псевдослучайной кодовой шкалы методом „окна“. Модель опирается на теорию линейных регистров сдвига с обратной связью и конечных полей Галуа. Особое внимание уделено установлению связи между рекурсивной структурой бинарных последовательностей максимальной длины и их алгебраическим представлением в пространстве конечных полей, где примитивные полиномы порождают мультипликативные циклические группы.

Моделирование динамики подводных роботов представляет собой сложную задачу из-за наличия как параметрических и функциональных неопределенностей, связанных с взаимодействием с вязкой средой, априорной неопределенностью и варьируемостью динамических параметров системы, а также громоздкостью первопринципных моделей и сложностью организации процедур идентификации. Предлагается использовать нейросетевую параметризацию обыкновенных дифференциальных уравнений на основе порт-гамильтонова формализма для получения точных и вычислительно эффективных динамических моделей подводных роботов, которые могут быть использованы как для прогнозирования траекторий и дальнейшего комплексирования с данными бортовых сенсоров при построении систем локализации, так и для синтеза регуляторов. Данный подход позволяет учитывать как физическую структуру системы, так и влияние неопределенностей, приводя к созданию физически обоснованных основанных на данных описаний сложной нелинейной динамики. Сравнение предложенного метода с классическими подходами к идентификации и динамическому моделированию систем на реальных данных, собранных с подводного робота, показывает преимущества полученного результата по точности предсказания и ее сохранении при прогнозировании на длинных временных горизонтах.

Локализованная количественная оценка фиброза миокарда используется для прогнозирования исходов сердечно-сосудистых заболеваний, выбора терапевтической и хирургической стратегии. В медицинской практике возможности такой оценки затруднены необходимостью ручной или полуавтоматической предобработки изображений. Предложен программный комплекс на основе технологий глубокого обучения для анализа МРизображений сердца с отсроченным контрастированием и количественной оценкой фиброза миокарда. Результаты статистического анализа подготовленного набора данных свидетельствуют о наличии устойчивых корреляций локализованного относительного объема фиброза с клиническими данными по фракциям выброса и степенью сердечной недостаточности у пациентов. Можно отметить выраженную отрицательную корреляцию между степенью сердечной недостаточности и фракцией выброса левого желудочка (p < 0,001). Также выявлена небольшая зависимость между фракцией выброса левого желудочка и относительным объемом фиброза для двух бассейнов — правой коронарной и левой огибающей артерий (p < 0,01). Коэффициент структурного сходства с эталонной разметкой миокарда составил 0,87/0,87/0,88 по метрикам DSC/Precision/Recall для автоматического решения на основе Cascade-U-Net. Точность классификации уровня левого желудочка обученной моделью U-NetLoc составила 83 %/86 %/95 % в классификации базальных/медиальных/апикальных срезов миокарда. Качество локализации миокарда обученной моделью U-NetBull обеспечивает коэффициент сходства Соренсена–Дайса 0,827/0,778/0,734 в отдельных сегментах базального/медиального/апикального уровня левого желудочка. Предложенный программный комплекс может быть использован в качестве вспомогательного инструмента кардиологами и рентгенологами для повышения диагностической точности.