Preview

Вестник кибернетики

Расширенный поиск
№ 3 (2018)
Скачать выпуск PDF

ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ НАУКИ 

9-18 24
Аннотация

Работа посвящена анализу лабораторных экспериментов и численному моделированию процесса образования перфорационного канала в комбинированной преграде под действием кумулятивной струи, возникающей при детонации взрывчатого вещества. Данный процесс характерен для вторичного и последующего вскрытия пласта путем применения кумулятивных перфораторов, где создание качественной гидродинамической связи «скважина – пласт» способствует сохранению стабильного притока нефти и газа к скважине.

19-30 18
Аннотация

Найдено расположение суммы гармонического ряда на шкалах бесконечностей, определяемых, соответственно, обобщенной разрядной сеткой и числовой гиперосью. Получено представление для эйлеровой константы С [1, 2, 3], отличное от ее непосредственного определения C = limn→∞ (1 + ½ + ⅓ + … + ⅟n – ln n).

Использованный при этом подход позволяет расширить область применимости вычислительных устройств вплоть до бесконечно больших чисел. Это показано на примере вычислений, проводимых автоматом сдвига.

31-40 24
Аннотация

В статье рассматриваются вопросы интерпретации гидродинамических исследований с переменным дебитом горизонтальных скважин и скважин с трещиной гидроразрыва пласта методом наилучшего совмещения. Для интерпретации предлагаются новые эмпирические модели, позволяющие проводить оперативную (оценочную) интерпретацию исследований без использования специализированного программного обеспечения. Приведены интервалы параметров, для которых были получены модели. На синтетических примерах оценена погрешность определения параметров с помощью эмпирических моделей по сравнению с точным решением. Для различных параметров в среднем она составляет 21 %.

41-50 48
Аннотация

В работе рассмотрена задача моделирования в масштабе реального времени динамики одномерных нерастяжимых упругих объектов (тросов, канатов и т. д.) в системах виртуального окружения. Для решения этой задачи были задействованы основные положения теории упругости Коссера, описывающей деформацию изгиба и кручения троса. Предложен подход, в котором осуществляется дискретизация троса набором точек, определяющих его положение, и набором элементов между точками, определяющих его ориентацию. Для задания ориентации элементов троса выбраны кватернионы. При таком подходе нерастяжимость троса реализуется с применением метода множителей Лагранжа, что приводит к системе линейных уравнений с матрицей трехдиагонального вида, решаемой с помощью метода прогонки. В свою очередь, изгиб и кручение троса моделируются на основе метода конечных элементов, применяемого для интегрирования потенциальной энергии деформации троса. Кроме того, реализация ограничений, связывающих координаты положения и ориентации троса, осуществляется с помощью метода последовательных импульсов. Апробация предложенных в работе методов была проведена в имитационно-тренажном комплексе, разработанном в Федеральном научном центре Научно-исследовательский институт системных исследований Российской академии наук, и показала их применимость в системах виртуального окружения.

51-57 24
Аннотация

Многие свойства функций Бесселя с целочисленными индексами связаны с группой движений евклидовой плоскости. Замена компактной подгруппы евклидовых вращений на некомпактную подгруппу гиперболических и предлагаемая конструкция представлений приводят к изучению групповых свойств функций Бесселя с произвольными индексами. Выявлены связи функций Бесселя с другими специальными функциями, наиболее часто встречающимися в приложениях Ганкеля, Макдональда, Неймана, Γ-функций и Β-функций Эйлера.

58-67 21
Аннотация

В работе рассмотрена математическая модель двухфазной несмешивающейся фильтрации нефти и воды при пластовом давлении выше давления насыщения нефти газом. Для этой модели приводится полностью неявная (по давлению и насыщенности) численная схема на диаграмме Вороного. На примере модели одного из месторождений Западной Сибири в симуляторе Rubis (KAPPA Engineering) анализируется чувствительность математической модели двухфазной фильтрации к некоторым исходным данным.

68-81 19
Аннотация

Рассматриваются два класса растущих случайных графов – графы предпочтительного связывания с линейной весовой функцией и гибридные графы Джексона – Роджерса. Выведены точные формулы финальных распределений степеней связности вершин и финальных двумерных распределений степеней связности дуг/ребер рассматриваемых графов. Доказано, что каждому гибридному графу соответствует определенный граф предпочтительного связывания с линейной весовой функцией, имеющий точно такие же, как у этого гибридного графа распределения степеней связности вершин и степеней связности дуг/ребер. Доказывается и более сильное утверждение, что всякий гибридный граф эквивалентен определенному графу с линейной весовой функцией. Выведена формула, позволяющая калибровать линейную весовую функцию для выращивания графов с требуемым асимптотически степенным распределением степеней вершин. Достоверность полученных результатов подтверждена численными проверками и имитационным моделированием. Практическая ценность результатов демонстрируется примером эффективной калибровки графа сети автономных систем Интернет.

82-90 23
Аннотация

В статье на конкретных примерах показано, что для эллиптических орбит решение задачи определения времени падения спутников может быть неустойчивым.

91-101 24
Аннотация

В работе рассмотрена задача моделирования разрешения коллизий трехмерных объектов в системах виртуального окружения. Предлагается блочный подход, в котором объекты разрешаются попарно с одновременной обработкой для них ограничений контакта или удара. Это приводит к формулировке задачи Linear Complementarity Problem (LCP) – задачи с линейными дополнениями относительно неизвестных значений импульсов (удара или контактных сил). Решение задачи LCP осуществляется аналитическим путем перебора всевозможных вариантов, возникающих в зависимости от количества точек контакта, полученных на стадии определения коллизий виртуальных объектов. С применением предлагаемого подхода разрешение коллизий всей системы объектов основано на ранее разработанном итерационном методе последовательных импульсов. Итерации этого метода осуществляются для каждой пары объектов системы до тех пор, пока не будет выполнен хотя бы один из критериев сходимости, обеспечивающий необходимую точность и реальное время моделирования. Апробация предложенных в статье методов и алгоритмов была проведена в подсистеме динамики имитационно-тренажерного комплекса, разработанного в ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН, и показала их применимость в системах виртуального окружения.

102-112 24
Аннотация

Разработан эффективный метод расчета вероятностей потерь в системах с очередями, выполнен анализ точности метода и достигаемого по сравнению с непосредственным моделированием ускорения. Метод используется для анализа систем со степенными распределениями, распространенных в качестве моделей сетевых устройств современных компьютерных сетей. Установлен вид зависимости в этих системах вероятности потерь от размера буфера. Исследуется влияние на эту зависимость, оказываемое тяжестью хвостов степенных распределений и числом каналов в системах. На практике полученные результаты могут использоваться для решения инженерных задач анализа и проектирования современных компьютерных сетей, функционирующих в условиях фрактального трафика.

113-134 75
Аннотация

В работе рассматриваются характеристики рассеяния и светового излучения радиооптических отражателей. Приведены результаты натурных испытаний радиооптических отражателей направленного и кругового действия. Описаны перспективные конструкции искусственных радиолокационных отражателей, обладающие поляризационно-анизотропными характеристиками и пригодные для развертывания в качестве навигационных знаков судоходной обстановки. Рассматривается техническая реализация поляриметра, способного осуществить селекцию радиолокационных объектов с использованием группы поляризационных параметров. Приведены примеры построения радиолокационного изображения реки и береговых навигационных знаков с использованием поляризационной обработки сигналов.

135-152 42
Аннотация

В статье приводится методика расчета двухфазной фильтрации несмешивающихся жидкостей (нефти и воды) на основе модели «Black Oil» с использованием призматических структурированных и неструктурированных сеток. Для решения уравнений применяется полностью неявный конечно-объемный метод. Работоспособность методики проверена на задаче, основанной на стандартном тесте SPE8. Показано качественное и количественное согласие результатов с французским коммерческим симулятором Rubis компании Kappa Engineering.

153-161 26
Аннотация

В статье рассматриваются вопросы применимости результатов гидродинамических исследований пласта методом гидропрослушивания для уточнения гидродинамических моделей карбонатных трещиноватых нефтенасыщенных коллекторов. Приводится описание технологии исследований методом гидропрослушивания в карбонатных трещиноватых нефтенасыщенных коллекторах. Приводится описание полученных результатов исследований.

162-168 21
Аннотация

В работе рассмотрены способы получения разреженного решения на основе метода LSSVM. Для получения разреженного решения используются обучающие выборки, формируемые по схеме D-оптимального планирования эксперимента. Приводится также алгоритм формирования тестовой выборки с использованием критерия регулярности. Для проверки эффективности предлагаемых методов формирования обучающей выборки проведен вычислительный эксперимент с использованием модельных данных. Повышение обобщающих свойств моделей, полученных по LS-SVM, проводилось через подбор параметра гауссовой ядерной функции при минимизации ошибки прогноза. Параметр ядерной функции подбирался по минимуму внешних критериев. В качестве внешних критериев оценки качества моделей использовались критерий скользящего контроля и критерий регулярности. Эффективность получаемых решений оценивалась по среднеквадратичной ошибке. Дисперсия помехи (уровень шума) при моделировании данных задавалась в процентах от мощности сигнала. По итогам полученных результатов сделаны выводы, что для получения разреженного решения можно использовать обучающую выборку, полученную с использованием D-оптимального разбиения, а также дополнительную оптимизацию состава точек (алгоритм замены), которая в ряде случаев позволяет получать лучшие решения.

169-179 27
Аннотация

Представлена математическая модель плиты покрытия из разномодульного композитного материала, получены аналитические формулы для напряжений и перемещений для случая изгиба плиты для разномодульного материала. Рассмотрен пример расчета плиты покрытия.

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 

181-187 23
Аннотация

Одним из наиболее распространенных типов взаимодействия объектов друг с другом являются столкновения, или коллизии. В работе предложены распределенные методы и алгоритмы вычисления точек коллизий при моделировании взаимодействия систем частиц с объектами виртуальной среды. Рассматриваемые решения основаны на пространственном разбиении трехмерной сцены с помощью регулярной сетки, построение которой выполняется в масштабе реального времени на современном многоядерном графическом процессоре с поддержкой архитектуры параллельных вычислений CUDA. Поиск точки столкновения для каждой частицы также производится на GPU. Для этого анализируются возможные пересечения траектории движения частицы с полигонами, принадлежащими ячейкам сетки, пройденным частицей за промежуток времени между рендерингом текущего и предыдущего кадров изображения виртуальной сцены. На основе предложенных методов и алгоритмов созданы программные модули для систем визуализации трехмерных виртуальных сцен, обеспечивающие распределенное моделирование и визуализацию коллизий систем частиц с объектами виртуальной среды на CUDA-совместимом графическом процессоре в масштабе реального времени. Данные модули прошли успешную апробацию и показали свою применимость в имитационно-тренажерных комплексах и системах виртуального окружения.

188-194 22
Аннотация

Статья посвящена оптимизации времени работы алгоритма программного комплекса STF-ElectronMod, предназначенного для теплового проектирования и моделирования температурных полей электронных модулей как в детерминированных, так и в условиях неопределенности входных данных. Неопределенность входных данных моделируется интервально стохастической моделью, а оптимизация достигается методом распараллеливания матричных вычислений на стационарных компьютерах с многоядерными процессорами. Приведены обоснование выбора способа оптимизации, результаты тестовых вычислений и их анализ. Приведено сравнение скорости работы библиотеки, написанной на языке программирования C++, и скорости работы функции программного комплекса STF-ElectronMod, написанной на языке Pascal. Показано, что выигрыш во времени исполнения библиотечной функции, написанной на C++ при одном задействованном потоке, составляет не менее 30 % по отношению к времени счета, осуществляемого по изначальному неоптимизированному алгоритму программного комплекса STF-ElectronMod. Данное ускорение связано в первую очередь с возможностью компилятора, поддерживающего язык программирования C++, разворачивать циклы для выполнения задач в конвейере команд, что практически не используется в компиляторе Pascal. Результаты тестов показали, что производительность реализованного алгоритма на 4-ядерном процессоре приблизительно в 6 раз выше. Алгоритм оптимизации реализован в виде отдельной библиотеки и включен в программный комплекс.

195-199 23
Аннотация

В оценке объективных различий произвольных и непроизвольных движений человека необходимы новые методы обработки данных. В этой связи предлагается метод расчета параметров квазиаттракоров в оценке нервно-мышечной системы человека. В ходе исследования были получены по 15 выборок треморограмм и теппинграмм от одного и того же испытуемого, находящегося в спокойном состоянии (релаксация). Для этих выборок строили матрицы парных сравнений и рассчитывали параметры квазиаттракторов. Как оказалось, число пар «совпадений» k крайне мало, но наблюдается устойчивая закономерность: для теппинга число одинаковых пар k в 2–3 раза больше в сравнении с матрицами полученных для треморограмм. В свою очередь, расчет параметров квазиаттракторов позволил точно установить различия между произвольными и непроизвольными движениями (объем VG2 для теппинграмм всегда значительно больше объема VG1 для треморограмм).

200-205 30
Аннотация

В статье проанализированы и уточнены определения для понятий «данные», «информация» и «интеллект» из зарубежных и отечественных источников. На сегодняшний день проблема обработки информации стала особенно актуальна в связи с повышением количества информации, которой оперируют экономические объекты и государственные организации. Были рассмотрены вопросы взаимосвязи понятий «данные», «информация» и «знания», проведен семантический анализ определений и выделены наиболее часто встречающиеся термины. Выявлено, что в понимании термина «данные» многими исследователями достигнут консенсус, в отличие от терминов «информация», «знание» и «интеллект». Проанализированы сложности, связанные с оцениванием интеллекта у компьютерных программ и систем, а также известные критерии оценивания уровня интеллекта. Рассмотрен метрологический аспект оценки интеллектуальности при обработке информации и выдвинуты критерии для такого оценивания. Проанализированы проблемы, возникающие при практической реализации средств для интеллектуальной обработки информации.

206-211 24
Аннотация

Предложены распределенные методы для реалистичной визуализации (рендеринга) трехмерных виртуальных объектов с использованием вычислительных возможностей современных графических процессоров (GPU). Идея рассматриваемых решений заключается в моделировании отражения света от поверхностей объектов виртуальной среды с приближенной имитацией физических свойств их материалов. Задание таких свойств осуществляется с помощью нескольких текстур специального формата. Данные из этих текстур используются в пиксельном шейдере на GPU при расчете отраженного света, который выполняется по оригинальной вычислительной модели. Последняя представляет модифицированную BRDF модель Кука – Торренса и позволяет моделировать в виртуальной среде несколько различных типов источников освещения, а также тени от объектов. Созданные методы и алгоритмы основаны на использовании распределенных вычислений на современных многоядерных графических процессорах и поддерживают визуализацию сложных высокополигональных виртуальных сцен в масштабе реального времени, что обеспечивает их применимость в системах виртуального окружения и имитационно-тренажерных комплексах. На основе предложенных в работе решений реализованы программные модули для систем визуализации трехмерных сцен, позволяющие выполнять реалистичный рендеринг объектов виртуальных пространств.

212-216 38
Аннотация

В работе представлена разработка модели мультиверсионной информационной системы управления изменениями программного обеспечения в информационных проектах (IT-проекты) с учетом рабочего времени посредством языка UML и сетей Петри. Данная модель взаимодействия пользователей и информационной системы управления изменениями IT-проекта была реализована с использованием UML-диаграмм. Также представлена интерпретация UML диаграмм в сети Петри, сделан анализ сетей Петри с помощью дерева достижимости.

217-221 72
Аннотация

С позиций новой теории хаоса-самоорганизации доказана статистическая неустойчивость для подряд получаемых выборок любых биомеханических параметров. В первую очередь сюда относится тремор, теппинг и выборки электромиограмм. Все это укладывается в новом эффекте Еськова – Зинченко, однако возникает вопрос о механиках такой устойчивости. Доказывается, что первичный статистический хаос возникает на уровне центральной нервной системы. Доказан хаос параметров электроэнцефалограмм. Тогда возникает закономерно двухкластерная кибернетическая схема регуляции движений: хаос в 1-м кластере управления порождает и суммирует хаос в эффекторном органе – нервно-мышечной системе. В итоге мы имеем в мышцах хаос более высокого порядка: если в электроэнцефалограммах число k пар совпадений выборок было большим (k1 ≥ 25), то в матрицах треморограмм и электромиограмм k2 ≤ 10, т. е. в 2–3 раза меньше. С позиций новой теории хаоса-самоорганизации доказано различие между верхним (ЭЭГ) и нижним (эффекторным) уровнями регуляции движений.

222-226 27
Аннотация

На современном этапе развития вычислительных систем пользователями программных продуктов являются представители практически всех возрастов и всех профессией, в отличие от середины прошлого столетия, когда общением с вычислительной техникой занимались исключительно специалисты, обладающие всеми знаниями, необходимыми для этого непростого в те времена процесса. Столь глобальная смена целевой аудитории обусловлена не в последнюю очередь развитием технологий взаимодействия с пользователем, появление графического интерфейса в свое время произвело революцию в области доступности работы с вычислительной системой широкому кругу потребителей. На сегодняшний день существует подход к разработке программных средств, где центральным объектом на всех этапах работ выступает не функционал и технические характеристики системы, а пользователь.

В работе представлен обзор основных понятий, связанных с разработкой эргономичного интерфейса пользователя прикладных программ; рассмотрены основные показатели пригодности использования программного продукта: результативность, эффективность и удовлетворенность. Перечислены возможные способы оценки указанных показателей, в том числе и метод семантического дифференциала, ранее не применявшийся для этих целей. Представлены основные виды проектировочной деятельности при человеко-ориентированном подходе разработки в соответствии с существующей стандартной документацией.

227-232 25
Аннотация

Рассматриваются термины одинаковой и однородной группы в рамках трех подходов в науке: детерминистскго, стохастическго и с позиций теории хаоса-самоорганизации. Традиционный подход требует определенного равенства функций, траекторий и т. д., что для биосистем невозможно. Доказано, что в рамках детерминизма (точное совпадение траекторий движения вектора x(t) в фазовом пространстве состояний), где аппаратом является функциональный анализ, и стохастики (две выборки параметров двух групп относятся к одной генеральной совокупности) модели неприменимы к медико-биологическим наукам. Точного равенства функций, включая статические, получить для биосистем невозможно из-за их гомеостатичности. С позиций новой теории гомеостаза вводятся особые критерии однородности группы. Для каждой выборки рассчитаны параметры квазиаттракторов (КА) и введены неравенства на вариации фазовых координат. Тогда КА параметров двух и более групп могут находится в пределах одинаковых общих квазиаттракторов. Вводится критерий однородности по координатам центров этих КА. Аналогичны критерии и для термина «одинаковый», когда центры любого КА не показывают параметры (пределы) любого КА из однородной группы испытуемых. Представлен алгоритм для расчета однородности, основанный на расчетах центров и границ КА.

233-246 35
Аннотация

В статье рассматриваются применяемые и разрабатываемые отечественные технологические решения, такие как термогазовое воздействие (ТГВ), концепция внутрипластового каталитического ретортинга (КВКР), которые позволят значительно увеличить эффективность выработки запасов баженовской свиты (БС). Приводится систематизация запасов и ресурсов углеводородного сырья в различных зонах пласта, что определяет необходимость индивидуального подхода к их изучению. Эффективная выработка запасов и ресурсов, включая добычу синтетических углеводородов, возможна при реализации методов увеличения нефтеотдачи (МУН). Для условий отложений БС показана необходимость осуществления непрерывного контроля за процессом при термогазовом воздействии (ТГВ) и других МУН.

247-254 38
Аннотация

В статье описана технология разработки мультизадачной графической оболочки системы визуализации цифровой модели керна, основанная на создании подсистем виджетов с использованием открытой кроссплатформенной библиотеки Qt. Предложен метод разделения графического интерфейса системы визуализации между исполнительным ядром и модулями задач, а также модель подключения модулей задач к ядру. На основе предложенных технологий, методов и алгоритмов создан программный комплекс, реализующий графическую оболочку системы визуализации цифровой модели керна. Созданный комплекс успешно апробирован при исследовании цифровых моделей кернов баженовской свиты и песчаника и показал адекватность разработанного решения поставленной задаче. Разработанное в ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН решение направлено на развитие технологии «цифрового месторождения» и может быть использовано в исследованиях специалистов нефтегазовой отрасли, виртуальных лабораториях и образовательных приложениях.



Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1999-7604 (Online)