Ukrainian Journal of Information Technology

Permanent URI for this communityhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/56854

Browse

Now showing 1 - 20 of 110

Засоби збирання та візуалізації енергетичних даних для системи управління енергоефективністю економіки регіону
(Видавництво Львівської політехніки, 2019-09-26) Цмоць, І. Г.; Опотяк, Ю. В.; Роман, В. І.; Tsmots, I. G.; Opotiak, Yu. V.; Roman, V. I.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National University
Показано, що підвищення енергоефективності економіки регіону забезпечується шляхом використання інформаційно-аналітичних засобів підтримки управління енергоефективністю, які ґрунтуються на інтелектуальних інформаційних, Web та телекомунікаційних технологіях. На підставі принципів модульності, відкритості, сумісності та використання комплексу базових проектних рішень розроблено архітектуру інформаційно-аналітичної системи управління енергоефективністю (ІАСУЕ) економіки регіону, яка забезпечує збирання, опрацювання та візуалізацію енергетичних даних, моделювання, прогнозування процесів управління енергоефективністю та підтримку прийняття управлінських рішень, спрямованих на підвищення енергоефективності економіки регіону. Забезпечено створення єдиного інформаційного простору з достовірною, повною та оперативною інформацією, яка використовується для генерації ефективних управлінських рішень. Розроблено з використанням концепції мережі Інтернет речей засоби збирання даних, основою яких є просторово розподілені малогабаритні інтелектуальні сенсори, які зв'язані зі сховищем даних у хмарному сервері. Показано, що розроблення компонент геоінформаційної системи для ІАСУЕ економіки регіону доцільно здійснювати з використанням хмарного сервісу документів Google Cloud та спеціалізованого Google Maps API, що забезпечить оперативне створення необхідних компонент, їх модифікацію та нарощування інформаційних можливостей. Обґрунтовано, що додаткове залучення засобів програмування, зокрема мови JavaScript з використанням Google Maps API, забезпечує можливість розробки геоінформаційної системи для ІАСУЕ економіки регіону з урахуванням додаткових специфічних вимог користувача системи у майбутньому. Запропоновано засоби підтримки прийняття управлінських рішень ІАСУЕ економіки регіону орієнтувати на використання баз і сховищ даних, спеціалізованих загальнодоступних засобів створення ГІС для візуалізації та аналізу даних про енергоспоживання та енергоефективність, що забезпечить обґрунтованість і оперативність генерації управлінських рішень. Показано, що візуалізація енергетичних даних і результатів оброблення у максимально сприйнятливому для людини вигляді з точною прив'язкою до місць розташування об'єктів управління забезпечує ефективну підтримку прийняття управлінських рішень.
Neural network model for identification of material creep curves using CUDA technologies
(Видавництво Львівської політехніки, 2019-09-26) Соколовський, Я. І.; Шиманський, В. М.; Мокрицька, О. В.; Харко, Я. В.; Sokolovskyy, Ya. I.; Shymanskyi, V. M.; Mokrytska, O. V.; Kharko, Ya. V.; Національний лісотехнічний університет України; Ukrainian National Forestry University
Ця робота присвячена проблемі ідентифікації реологічних параметрів деревини з використанням штучних нейронних мереж з розпаралеленим алгоритмом навчання за допомогою мови програмування Python, фреймворку Chainer та технології CUDA. Розроблено інтелектуальну систему ідентифікації реологічних параметрів деревини. Створена система містить максимально зрозумілий інтерфейс користувача, весь необхідний комплекс інструментів для автоматизації процесу візуалізації та аналізу даних. У процесі створення інтелектуальної системи було передбачено вирішення наступних завдань: провести аналіз систем штучного інтелекту та аналіз навчання штучних нейронних мереж, зокрема багатошарових нейронних мереж прямого поширення, рекурентної нейронних мереж та нейронної мережі Кохонена; дослідити структуру фреймворку Chainer та його взаємодію з CUDA; провести аналіз існуючих хмарних технологій для реалізації завдання; провести аналіз алгоритмів навчання штучних нейронних мереж, їхнє математичне забезпечення; здійснити розпаралелення алгоритмів навчання та розробити необхідне програмне забезпечення. Використання Chainer дає змогу створювати пул пам'яті для розподілу пам'яті GPU. Щоб уникнути розподілу та вилучення пам'яті під час обчислень, Chainer надає можливість використовувати пул пам'яті CuPy як стандартний розподіл пам'яті не маючи справу з розподілом пам'яті. Для визначення фізико-механічних параметрів математичної моделі неізотермічного вологоперенесення та в'язко-пружного деформування капілярно-пористих матеріалів у процесі сушіння розроблено інтелектуальну систему. Вона надає можливість провести ідентифікацію параметрів ядер повзучості та релаксації, що записується як лінійна комбінація експоненціальних операторів. Запропонований алгоритм апроксимації та отримані розрахункові співвідношення реологічної поведінки деревини за допомогою багатошарової нейромережі з експоненціальними функціями активації у прихованих шарах дає змогу підвищити точність апроксимації експериментальних даних повзучості. Розроблені математичні моделі можуть бути використані для створення систем автоматизованого скінченно-різницевого розрахунку температури, вологовмісту та компонент напружень під час сушіння капілярно-пористих матеріалів з урахуванням технологічних параметрів агента сушіння.
Удосконалення методу й засобів захисту системи управління для графічного людино-машинного інтерфейсу інформаційної системи
(Видавництво Львівської політехніки, 2019-09-26) Дубук, В. І.; Коцун, В. І.; Чорний, М. В.; Dubuk, V. I.; Kotsun, V. I.; Chornyj, M. V.; Національний університет “Львівська політехніка”; Європейський університет, Львівська філія; Lviv Polytechnic National University; European University, Lviv Branch
Визначено актуальність проаналізовано та описано практичну реалізацію удосконаленого методу і технологічних захищених засобів системи управління людино-машинного інтерфейсу інформаційної системи. Встановлено особливості програмних засобів системи управління інформаційної системи, побудованих на підставі графічних елементів. Проведено порівняльний аналіз методів практичної реалізації засобів системи управління людино-машинного інтерфейсу інформаційної системи. Визначено перевагу методів автоматизованого розумного кодування з використанням спеціального програмного забезпечення над іншими методами проектування засобів системи управління людино-машинного інтерфейсу. Описано особливості Q-платформи, яка базується на створенні і використанні графічних двовимірних QR-кодів при практичній реалізації засобів системи управління людино-машинного інтерфейсу. Досліджено та описано особливості програмного засобу Smart Tags виробництва BlackBerry Limited під час сканування, генерації та поширення малих даних у формі штрих-коду, QR-коду і в декодованій формі імен файлів, цифрових послідовностей. Описано метод практичної реалізації засобу управління людино-машинного інтерфейсу інформаційної системи. Наведено результат практичної реалізації форми як засобу управління людино-машинного інтерфейсу. Протестовано роботу розробленого засобу управління людино-машинного інтерфейсу. Подано практичну реалізацію захищеного засобу управління інформаційної системи з елементом захищеного управління доступом до даних, що зберігаються віддалено. Досліджено можливість крос-платформної переносимості розроблених графічних форм у складі ЛМІ та коду у середовищі табличного процесора MS Office Excel під управлінням різних операційних систем сімейства Microsoft Windows. Розглянуто перспективні напрямки розвитку проектування захищених діалогових засобів інформаційних систем.
Дослідження зміни часового масштабу для обернених Beta-функцій
(Видавництво Львівської політехніки, 2019-09-26) Дронюк, І. М.; Шпак, Зореслава Ярославівна; Демида, Б. А.; Dronyuk, I. M.; Shpak, Z. Ya.; Demyda, B. A.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National University
Застосування Ateb-функцій визначається тими сферами, де використовуються звичайні тригонометричні функції. Сучасні досягнення фізики зумовили розвиток тих областей математики, де необхідне використання відносності або змінності часу. У вступі охарактеризовано сучасний стан досліджень у цій області. Коротко описано основні результати науковців, що досліджували звичайні Ateb-функції. Для врахування змінності (стиск або розтяг), як властивості часового параметра на підставі використання q-аналізу побудовано q-аналоги Ateb-синуса (q-Ateb-синус) і Ateb-косинуса (q-Ateb-косинус) способом обернення неповної q-Beta-функції. Зміна параметра q відповідає зміні часового масштабу у проведених дослідженнях. Також введено q-аналоги Ateb-тангенса (q-Ateb-тангенс), Ateb-котангенса (q-Ateb-котангенс), q-аналоги Ateb-секанса (q-Ateb-секанс) і Ateb-косеканс (q-Ateb-косеканс). Доведено теореми, що характеризують основні властивості побудованих функцій. Зокрема, показано, що при прямуванні параметра q до одиниці у границі отримаємо звичайні Ateb-функції. Введеним функціям притаманна періодичність з періодом, що відповідає q-аналогу відповідних періодів звичайних Ateb-функцій. Побудовано подання періоду через q-аналог Гамма-функції. Доведено узагальнену піфагорову тотожність для q-аналогів тригонометричних Ateb-функцій. Розглянуто та доведено властивості парності та непарності q-аналога Ateb-функцій. Побудовано формули для обчислення q-похідних для q-аналога тригонометричних Ateb-функцій. Доведено, що побудовані функції задовольняють q-аналог системи звичайних диференціальних рівнянь. Знайдено проміжки зростання та спадання для усіх розглянутих функцій. Побудовані q-аналоги формул зведення для q-аналога тригонометричних Ateb-функцій. У висновках вказано, що проведені дослідження можуть бути використані у теорії часових рядів та обробці сигналів.
Refining expert based evaluation on the basis of a limited quantity of data
(Видавництво Львівської політехніки, 2019-09-26) Грицюк, Юрій Іванович; Фернеза, О. Р.; Hrytsiuk, Yu. I.; Ferneza, O. R.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National University
Розроблено методику уточнених експертних оцінок параметра розподілу ймовірностей випадкової величини на підставі обмеженого обсягу статистичних даних. Це дало змогу виявити найбільш інформативний канал передачі даних (кваліфікованого експерта) і отримати його достовірну оцінку. Встановлено, що аналіз та оброблення даних здійснюють із залученням відомих методик з теорії ймовірностей та математичної статистики, де нагромаджено значний теоретичний і практичний досвід. Математичну модель, яка описує стан деякого об'єкта, процесу чи явища, подано у вигляді точкової оцінки параметра розподілу ймовірностей випадкової величини, значення якого отримують на підставі малої вибірки. Проаналізовано сучасні підходи до статистичного оцінювання випадкової величини, найпоширенішим з яких є Байєсовський підхід. Встановлено, що найбільш значущим моментом Байєсового оцінювання невідомого параметра є призначення певної функції апріорної щільності розподілу ймовірностей випадкової величини. Ця функція має відповідати наявній попередній інформації про форму апріорного розподілу ймовірностей цієї величини. Розглянуто традиційний підхід до виявлення найбільш інформативного каналу передачі даних про стан об'єкта, перебіг процесу чи явища і відсікання інших – менш достовірних. Це здійснюють за допомогою так званого механізму редукторів ступенів свободи. Його основний недолік полягає в тому, що у відсічених каналах зв'язку може існувати деяка корисна інформація, яка не бере участі в процесі вироблення узгодженого рішення. Тому потрібно вводити механізми дискримінаторів ступенів свободи. Вони дадуть змогу всім каналам передачі даних брати участь в процесі підготовки рішення з вагомістю, яка відповідає найбільшому ступеню їх інформативності в поточній ситуації. Наведено ілюстративний приклад застосування розглянутих методів усереднення даних, у якому відображено результати розрахунків за ітераціями з використанням механізмів реалізації як редукторів, так і дискримінаторів ступенів свободи. Ці механізми відображають особливості реалізації ітераційних алгоритмів, характерних як для методів математичної статистики, так і для методів синергетичної системи усереднення даних.
Проектування та реалізація інформаційно-пошукової системи "Випускник"
(Видавництво Львівської політехніки, 2019-09-26) Кузьмін, О. В.; Яцишин, Т. Я.; Kuzmin, O. V.; Yatsyshyn, T. Ya.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National University
Одним з основних показників рейтингу українських університетів є якість підготовки майбутніх випускників. Якість підготовки випускника може бути відображена можливістю його працевлаштування. Відстежування кар'єрного росту випускника неможливо без створення централізованого сховища інформації про цей процес і доступу до нього випускника, який міг би заносити інформацію про своє працевлаштування. Основною метою створення інформаційно-пошукової системи "Випускник" є розроблення програмного рішення для кафедр українських університетів, яке зберігало би інформацію про випускників. Для створення програмного рішення та досягнення цілей розроблено веб орієнтовану систему, яка працює за архітектурним шаблоном клієнт-сервер з клієнтською частиною в режимі односторінкового застосунку, розгорнутого на сервері Windows Web Server 2016. Система містить: клієнт-серверний застосунок для використання персоналом кафедри та випускниками; функціонал наповнення бази даних (БД) новими випускниками кафедри, та оновлення вже існуючих записів про випускників; функціонал закритого пошуку випускників з інформацією про навчання; статистичну інформацію про випускників на підставі обраних критеріїв; функціонал для випускників для оновлення інформації про професійну кар'єру та досягнення. Для цього програмного рішення спроектовано та розроблено реляційну базу даних MS SQL Server. Систему було розроблено за допомогою мови програмування C#, з використанням технології ASP.NET Core, а дружні користувацькі інтерфейси – за допомогою HTML, CSS 3, та мови JavaScript на підставі бібліотеки React та розширенням JSX, з елементами бібліотеки Bootstrap. Така багатофункціональна система матиме велику популярність завдяки зручному користувацькому інтерфейсу, високу швидкість опрацювання користувацьких запитів, сповіщення користувача про події, що пов'язані з його обліковим записом. Планується удосконалювати систему та додати можливість інтеграції з іншими системами процесу навчання студентів у вищих навчальних закладах.
Синтез біомедичних зображень на підставі генеративно-змагальних мереж
(Видавництво Львівської політехніки, 2019-09-26) Березький, О. М.; Лящинський, П. М.; Лящинський, П. М.; Сухович, А. Р.; Долинюк, Т. М.; Berezsky, O. M.; Liashchynskyi, P. B.; Liashchinskyi, P. B.; Sukhovych, A. R.; Dolynyuk, T. M.; Тернопільський національний університет; Ternopil National University
Досліджено сучасні бази даних біомедичних зображень. Показано, що отримання біомедичних зображень є дорогим і тривалим. Розроблено базу даних зображень передракових і ракових станів молочної залози "BPCI2100". База даних складається із 2100 файлів зображень та MySQL бази даних інформації медичних досліджень (інформація про пацієнта та ознаки зображення). З'ясовано, що ефективним засобом генерування зображень є генеративно-змагальні мережі. Розроблено архітектуру генеративно-змагальної мережі, яка складається із генератора та дискримінатора. Дискримінатором є глибока згорткова нейромережа, на вхід якої надходять кольорові зображення розміром 128×128 пікселів. Ця мережа складається з шести згорткових шарів із розміром вікна 5×5 пікселів. Використано функцію активації типу Leaky ReLU для згорткових шарів. Для останнього шару використано сигмоїдну функцію активації. Генератором є нейромережа, яка складається з повнозв'язного шару та семи деконволюційних шарів з розміром вікна 5×5 пікселів. Для всіх шарів використано функцію активації Leaky ReLU. Останній шар використовує функцію активації гіперболічний тангенс. Для навчання генеративно-змагальної мережі використано засоби Google Cloud Compute Instance. Проведено генерування гістологічних і цитологічних зображень на підставі генеративно-змагальної мережі. Внаслідок значно збільшено навчальну вибірку для класифікаторів. Оригінальні гістологічні зображення поділені на 5 класів, цитологічні зображення – на 4 класи. Розмір оригінальної вибірки для гістологічних зображень становить 91 зображення, для цитологічних - 78 зображень. Навчальні вибірки було розширено до 1000 зображень шляхом афінних перетворень (зсув, масштабування, поворот, відображення). Навчання класифікатора на оригінальній вибірці дало точність ≈84 % для гістологічних та ≈75 % для цитологічних зображень. На вибірці зі згенерованих зображень вихідна точність класифікації становить ≈96,5 % для гістологічних та ≈95,5 для цитологічних зображень. Приріст точності становить ≈12 % для гістологічних та ≈20,5 % для цитологічних зображень. Проведена класифікація гістологічних і цитологічних зображень показала, що приріст точності класифікації становить ≈12 % для гістологічних та ≈20,5 % для цитологічних зображень. Комп'ютерні експерименти показали, що тривалість навчання генеративно-змагальної мережі для гістологічних зображень становить ≈9 год, для цитологічних- ≈8,5 год. Перспективами подальших досліджень є розпаралелення алгоритмів навчання генеративно-змагальних мереж.
Підвищення точності обчислення усередненого діаметра зерен конструкційних сталей
(Видавництво Львівської політехніки, 2019-09-26) Журавель, І. М.; Zhuravel, I. M.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National University
Відомо, що між якісними характеристиками досліджуваного металу та його внутрішньою структурою існує однозначна відповідність. Це дало змогу оцінювати механічні властивості металу через аналіз його внутрішньої структури. Здебільшого за основний параметр металу під час аналізу його внутрішньої структури використовують розмір зерна, адже саме він істотно впливає на властивості металу. За такого підходу до досліджень цікавими з погляду матеріалознавства є дослідження кінетики росту зерна матеріалу за дії на нього деяких факторів зовнішнього впливу, наприклад температури. Для визначення розміру зерна використовують різні підходи. Серед них виділимо метод визначення величини зерна на підставі порівняння з еталонними шкалами, метод підрахунку зерен та метод підрахунку перетинів границь зерен. У роботі проаналізовано однин з найбільш вживаних методів обчислення усередненого діаметра зерен сталі на підставі металографічних зображень. Це метод перетинів меж зерен, який базується на вимогах нормативних документів. Встановлено, що обчислений згідно з цією методикою усереднений діаметр зерен металу в площині шліфа не відповідає дійсному усередненому діаметра зерна у тривимірному просторі. Проведено аналіз виникнення похибки, яка полягає у тому, що однакові перерізи у площині шліфа не завжди відповідають реальним зернам однакового розміру у тривимірному просторі. Для усунення цього недоліку запропоновано метод обчислення усередненого діаметра з використанням поправного коефіцієнта, значення якого залежать від кількості зерен, що використовуються для обчислення усередненого діаметра. Загалом запропонований метод дає змогу підвищити точність обчислень усередненого діаметра.
Зміст
(Видавництво Львівської політехніки, 2019-09-26)
Швидкі перетворення класу Фур'є в OFDM технології систем безпровідної передачі інформації
(Видавництво Львівської політехніки, 2019-09-26) Процько, І. О.; Prots'ko, I. O.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National University
Виділено основні модифікації та стандарти технології OFDM, що забезпечують високу якість зв'язку при багатопроменевому поширенні переданого сигналу. Проаналізовано в структурі передавача комунікаційної системи на підставі OFDM технології виконання швидких перетворень класу Фур'є. Функцію мультиплексування/демультиплексування з ортогональним частотним розділенням покладено на обчислювач швидких перетворень, а прекодер застосовується для зменшення високого значення пік-фактора, що властиве OFDM технології. Визначено основні елементи та вимоги до обчислювачів, що виконують швидкі перетворення у структурній схемі реалізації OFDM технології. Розглянуто зв'язок кількості піднесучих частот та обсягу базового перетворення OFDM технології. З'ясовано можливість використання у прекодері перетворень Фурє, Хартлі та косинусних перетворень. Сформульовано основні етапи побудови структурних схем швидких перетворень класу Фур'є на підставі циклічних згорток. Визначені етапи містять: побудову твірного масиву, визначення спрощеного твірного масиву доповненого масивом знаків, побудову й аналіз узагальненої структури базисної матриці, побудову блоків об'єднання вхідних даних, побудову блоків циклічних згорток, побудову блоків об'єднання результатів циклічних згорток, виходами яких є результат прямого/зворотного перетворення класу Фур'є на підставі циклічних згорток. Розглянуто приклад для обсягу N=16 визначення твірного масиву, спрощеного твірного масиву й масиву знаків, базисної блочно-циклічної матриці, що використовуються при побудові структурної схеми обчислювача. Встановлено можливість використання процесу побудови структурних для автоматизації проектування структурних обчислювачів швидких перетворень класу Фур'є на підставі циклічних згорток.
Моделі та засоби системи зосередження уваги водіїв транспортних засобів для мобільних пристроїв
(Видавництво Львівської політехніки, 2019-09-26) Теслюк, В. М.; Поцілуйко, О. І.; Теслюк, Т. В.; Teslyuk, V. M.; Potsiluiko, O. I.; Teslyuk, T. V.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National University
Розроблено систему для підвищення контролю уваги водіїв транспортних засобів. Проаналізовано літературні джерела про наявні методи та системи відстежування втоми водія, які встановлюють на сучасні автомобілі. На сьогодні існує низка способів, щоб отримувати дані про втому водія, які базуються на інформації про фізіологічний стан водіїв; за діями, які він робить через рульове керування та аналізуючи фізіологічну реакцію водіїв. На підставі проведеного огляду, визначено переваги та недоліки таких систем. Розроблено алгоритм роботи та структуру системи зосередження уваги водіїв транспортних засобів та побудовано логічну модель. Побудована структура системи ґрунтується на модульному принципі, що дає змогу швидко вдосконалювати та модернізувати проектований пристрій. Розроблено структурну модель системи на підставі теорії мереж Петрі, що дає змогу дослідити динаміку функціонування системи на системному рівні проектування. Наведено результати тестування розробленого додатку, які підтверджують правильність та коректність прийнятих рішень у процесі розроблення системи для підвищення контролю уваги водіїв транспортних засобів. Розроблено програмне забезпечення, яке ґрунтується на використанні об'єктно-орієнтованої мови програмування Java з використанням Android SDK, Realm DB та бібліотеки Retrofit, що забезпечує його платформонезалежність. Побудована система допомагає фокусувати увагу водія за допомогою сповіщень на мобільному пристрої і може бути встановлена як на нові транспортні засоби, так і автомобілі, що вже перебувають у користуванні. Окрім цього, розроблений Android додаток має низьку ціну порівняно з наявними системами. Система є портативною, надає можливість використовувати додаток на мобільних пристроях незалежно від автомобіля та не потребує додаткового технічного оснащення та містить простий та зрозумілий інтерфейс користувача.
Логіко-когнітивні моделі та інформаційні технології ідентифікації структури ієрархічних систем для підтримки рішень у конфліктних ситуаціях
(Видавництво Львівської політехніки, 2019-09-26) Сікора, Любомир Степанович; Лиса, Н. К.; Міюшкович, Ю. Г.; Марцишин, Р. С.; Sikora, L. S.; Lysa, N. K.; Miyushkovych, Yu. G.; Martsyshyn, R. S.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National University
Наведено схеми і моделі для підтримки прийняття рішень для ліквідації загроз під час надзвичайних ситуацій в ієрархічних системах. Побудова схем і моделей відбувалась на підставі інформаційних і системних технологій (на підставі концепції ідентифікації). У сучасних технологічних виробництвах зі складною ієрархічною структурою причинами виникнення надзвичайної ситуації можуть бути збої, перешкоди, неполадки (як в інформаційно-управлінських структурах, так і у виробничих агрегатах, а також у разі порушення технологій). У разі виникнення помилок (які можуть бути допущені в процесі аналізу граничної ситуації або аварійної ситуації) та неправильних рішень динаміка розвитку подій матиме катастрофічні наслідки. Для недопущення розвитку подій за таким сценарієм, оперативний і технічний персонал повинен володіти відповідним рівнем систематизованих знань. Це дає змогу персоналу ідентифікувати джерела небезпек та фактори впливу, будувати причинно-наслідкові зв'язки. Це стає основою аналізу стану потенційно небезпечних об'єктів (ПНО) в ієрархічній структурі системи. Цей системно-інформаційний базис необхідний для побудови сценаріїв розвитку подій, виявлення вузьких місць і прийняття рішень в умовах ліквідації загроз і аварійних станів командою оперативного управління. Для складних структур техногенних систем проблему ідентифікації (як динаміки так і взаємозв'язків агрегатів) повною мірою не розв'язано. Це вимагає розроблення нових методів з урахуванням поведінки людини. Сучасне виробництво – це складні інтегровані людино-машинні керовані системи та стратегії управління (які внесено як у структуру АСУ, так і в базу знань і професійних навиків людини-оператора). Характерною ознакою таких систем є розподіл інформаційного навантаження відповідно до цільових задач. Це вимагає опрацювання потоків даних різної інформаційної значущості, виявлення характерних ознак поведінки системи відносно цілі, формування рішень для координації руху системи в напрямку цільової області. Ці процеси і процедури прийняття рішень підвищують психічну напруженість оператора. Це може призвести до прийняття рішень з невиправданим ризиком. Тобто, згідно з ситуацією, зростає ціна помилки. Саму це формує комплекс вимог до оператора: як до рівня його інтелектуальної готовності, так і до його психофізіологічних характеристик.
Експрес-аналіз даних зондування становленням електромагнітного поля, отриманих на дамбі хвостосховища у Стебнику
(Видавництво Львівської політехніки, 2019-09-26) Ладанівський, Б. Т.; Савків, Л. Г.; Сапужак, О. Я.; Романюк, О. І.; Підвірний, О. І.; Коляденко, В. В.; Сироєжко, О. В.; Дещиця, С. А.; Ladanivskyy, B. T.; Savkiv, L. H.; Sapuzhak, O. Ya.; Romanyuk, O. I.; Pidvirny, O. I.; Kolyadenko, V. V.; Syroezhko, O. V.; Deshchytsya, S. A.; Національний університет “Львівська політехніка”; Карпатське відділення Інституту геофізики ім. С. І. Субботіна Національної академії наук України; Lviv Polytechnic National University; Carpathian Branch of S. I. Subbotin Institute of Geophysics, National Academy of Sciences of Ukraine
Електромагнітні (ЕМ) методи геофізики дають змогу відобразити розподіл електропровідності підповерхневого середовища шляхом аналізу даних, отриманих на поверхні Землі. Метод зондування становленням поля у ближній зоні (ЗСБ) є ЕМ методом геофізики з керованим джерелом, який дає змогу вивчати розподіл електропровідності підповерхневих шарів землі, аналізуючи нестаціонарний перехідний процес загасання ЕМ поля у провідному середовищі після його збудження ступінчастим струмом, що описується функцією Хевісайда. Викладено математичні та алгоритмічні засоби для експрес-аналізу експериментальних даних зондування становленням електромагнітного (EM) поля у ближній зоні (ЗСБ), практичне застосування яких під час польових досліджень іноді має важливе значення, оскільки дає змогу приймати оперативні рішення щодо оптимізації виконання експериментальних польових робіт та швидко оцінювати стан досліджуваного об'єкта. Запропонований алгоритм експрес-аналізу розроблено на підставі трансформації експериментальної кривої методу ЗСБ, відомої ще як S-інверсія, котра водночас базується на апроксимації провідного півпростору тонкою плівкою, що занурюється у півпростір з плином перехідного процесу в ЕМ полі. Для зменшення впливу завад на дані вимірів в алгоритмі проведено апроксимацію експериментальної кривої зондування, що розроблена з врахуванням таких речей: розв'язків рівнянь поширення ЕМ поля у провідному середовищі; функції кубічного сплайну; елементів математичного аналізу неперервних функцій. За даними профільних спостережень з використанням розроблених засобів експрес-аналізу було отримано одновимірні моделі питомого електричного опору та на їхній основі побудовано псевдодвовимірну модель геоелектричного розрізу дамби хвостосховища, що розташована поблизу Стебника. Аналіз отриманих моделей дав змогу виявити дві ділянки, де бажано провести додаткові дослідження для уточнення геологічної ситуації. Звичайно, алгоритми інверсії експериментальних даних як з математичного, так і з погляду реалізації алгоритму, є набагато складнішими. Проте якщо реалізувати швидкий і ефективний алгоритм одновимірної інверсії даних ЗСБ, замість зазначеної вище трансформації, то можна буде значно підвищити достовірність результату.
Математичні моделі теплообміну в елементах турбогенераторів
(Видавництво Львівської політехніки, 2019-09-26) Гавриш, В. І.; Король, О. С.; Шкраб, Р. Р.; Зімоха, І. О.; Havrysh, V. I.; Korol, O. S.; Shkrab, R. R.; Zimoha, I. O.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National University
Розроблено математичні моделі визначення розподілу температури в елементах турбогенераторів, які геометрично описано ізотропним півпростором та термочутливим простором з локально зосередженими джерелами нагрівання. Для цього з використанням теорії узагальнених функцій у зручній формі записано вихідні диференціальні рівняння теплопровідності з крайовими умовами. Для термочутливого простору (теплофізичні параметри залежать від температури) вихідне нелінійне рівняння теплопровідності та нелінійні крайові умови лінеаризовано з використанням перетворення Кірхгофа, відносно якого отримано лінійне диференціальне рівняння. Для розв'язування крайових задач теплопровідності використано інтегральне перетворення Ганкеля і внаслідок отримано аналітичні розв'язки в зображеннях. До цих розв'язків застосовано обернене інтегральне перетворення Ганкеля, яке дало змогу отримати остаточні аналітичні розв'язки вихідних задач. Отримані аналітичні розв'язки подано у вигляді невласних збіжних інтегралів. Для конструкційного матеріалу термочутливого простору використано лінійну залежність коефіцієнта теплопровідності від температури. У результаті отримано зручну формулу для визначення температурного поля, яка дає змогу аналізувати температурні режими в термочутливому середовищі. Для визначення числових значень температури в наведених конструкціях, а також аналізу теплообміну в елементах турбогенераторів, зумовленого різними температурними режимами завдяки нагріванню локально зосередженими джерелами тепла, розроблено обчислювальні програми. Із використанням цих програм наведено графіки, які відображають поведінку поверхонь, побудованих із використанням числових значень розподілу безрозмірної температури залежно від просторових безрозмірних координат. Отримані числові значення температури свідчать про відповідність наведених математичних моделей визначення розподілу температури реальному фізичному процесу. Програмні засоби також дають змогу аналізувати середовища із локально зосередженим нагріванням щодо їх термостійкості. Як наслідок, стає можливим її підвищити, визначити допустимі температури нормальної роботи турбогенераторів, захистити їх від перегрівання, яке може спричинити руйнування не тільки окремих елементів, а й всієї конструкції.
Зміст
(Видавництво Львівської політехніки, 2020-09-23)
Засоби візуалізації енергобалансів і аналітична підтримка процесу управління енергоефективністю економіки регіону
(Видавництво Львівської політехніки, 2020-09-23) Цмоць, І. Г.; Теслюк, В. М.; Подольський, М. Р.; Дубук, В. І.; Tsmots, I. G.; Tesliuk, V. M.; Podolsky, M. R.; Dubuk, V. I.; Національний університет “Львівська політехніка”; Інститут геології і геохімії горючих копалин НАН України; Lviv Polytechnic National University; Institute of Geology and Geochemistry of Combustible Minerals NAS of Ukraine
Показано, що паливно-енергетичний комплекс є і залишатиметься одним з основних фундаментів соціально-економічного розвитку України та її регіонів. Основним показником енергоефективності є енергоємність валового внутрішнього продукту, яка характеризує рівень витрат паливно-енергетичних ресурсів на одиницю виробленого валового внутрішнього продукту. Зниження енергоємності економіки, диверсифікація джерел і шляхів постачання енергоресурсів, нарощування вітчизняного виробництва сприятимуть підвищенню економічної, енергетичної та екологічної безпеки, що призведе до оптимізації енергетичного балансу та забезпечить створення підґрунтя для сталого енергетичного майбутнього країни. Розроблено структуру інформаційно-аналітичної системи, яка є Web-орієнтованою та ґрунтується на базах і сховищах даних. Така інформаційно-аналітична система складається з двох підсистем: інформаційної та аналітичної. Технічною основою інформаційної підсистеми є безпровідні сенсорні мережі, які володіють такими важливими властивостями, як самоорганізація та адаптивність до змін навколишніх умов і інфраструктури. Аналітична підсистема складається із сховища енергетичних даних, засобів оперативного та інтелектуального оброблення даних, прогнозування, візуалізації і підтримки прийняття рішень. Розроблено алгоритм обчислення показників енергоємності валового продукту регіону, який зводиться до формування та структурування даних, перерахування палива в умовні одиниці, знаходження різниці між валовим споживанням ресурсів та обсягами їх виробництва в регіоні, визначення кількості виробленої електричної та теплової енергії у Львівській області в умовних одиницях енергії без використання палива органічного походження, що забезпечує швидке її обчислення. Досліджено програмні засоби для обчислення показників енергоефективності економіки регіону з різними користувацькими інтерфейсами. Вибрано Sankey діаграми для відображення енергетичних балансів регіону. Показано, що енергетичний баланс є потоком об'єднання різних енергетичних ресурсів (палива, тепла та електроенергії, тобто енергоносіїв у товарній формі) у різні сектори економіки (постачання, перетворення та споживання) у енергетичних одиницях. Діаграми Sankey базуються на низці вузлів, пов'язаних з потоками вхідних і вихідних даних. У енергетичному балансі потоки представляють кількість вхідних і вихідних даних, де ширина різних елементів пропорційна величині енергії. Вузли діаграми відображають події або процеси перетворення, наприклад, імпорт, кінцеве споживання енергії. Sankey діаграми складаються з кількох частин, які розділено вузлами, які відповідають переходам між процесами (етапами) зміни (розділення, об'єднання) енергетичних потоків. Досліджено програмні засоби для відображення енергобалансу за допомогою діаграми Sankey, які є зручними і зрозумілими у використанні.
Бінарні лінійні перетворення в модифікаціях алгоритму RSA шифрування зображень
(Видавництво Львівської політехніки, 2020-09-23) Ковальчук, А. М.; Kovalchuk, A. M.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National University
Розглянуто бінарні лінійні перетворення в модифікаціях алгоритму RSA шифрування зображень, які побудовані так, що при малих значеннях ключа можна досягти якісного шифрування, але за умови, правильного підбору параметрів ключа шифрування, внаслідок чого досягається висока швидкість роботи алгоритму. Оскільки зображення є одними із найбільш уживаних видів інформації в сучасному інформаційному суспільстві, то актуальним завданням є його захист від несанкціонованого доступу та використання. Важливою характеристикою зображення є наявність в ньому контурів, завдання виділення якого вимагає використання операцій над сусідніми елементами, які є чутливими до змін і пригашають області постійних рівнів яскравості. Отже, контури – це ті області, де виникають зміни, стаючи світлими, тоді як інші частини зображення залишаються темними. Математично – ідеальний контур представляє розрив просторової функції рівнів яскравості в площині зображення. Тому виокремлення контура означає пошук найбільш різких змін, тобто максимумів модуля вектора градієнта. Це є однією з причин, через що контури залишаються в зображенні при шифруванні в системі RSA, оскільки шифрування тут базується на піднесенні до степеня по модулю деякого натурального числа. При цьому, на контурі й на сусідніх до контура пікселах піднесення до степеня значення яскравостей дає ще більший розрив. Проблема захисту від несанкціонованого доступу є складнішою порівняно з проблемою захисту використання. Основним базисом для організації захисту зображення є таке припущення: зображення – це стохастичний сигнал. Це спричинює перенесення класичних методів шифрування сигналів на випадок зображень. Але зображення є специфічним сигналом, який володіє, в додаток до типової інформативності (інформативності даних), ще й візуальною інформативністю. В зв'язку з цим до методів шифрування у випадку їх використання стосовно зображень висувається ще одна вимога-повна зашумленість зашифрованого зображення. Це потрібно для того, щоб унеможливити використання методів візуального оброблення зображень. Алгоритм RSA є одним із промислових стандартів шифрування сигналів. За відношенням до зображення існують певні проблеми його шифрування, а саме: частково зберігаються контури на різко флуктуаційних зображеннях. Тому актуальним завданням є розроблення модифікації методу RSA такої, щоб: зберегти стійкість до дешифрування; забезпечити повну зашумленість зображення, з метою унеможливити використання методів візуального оброблення зображень. Одним із шляхів вирішення цього завдання є використання бінарних афінних перетворень.
Методи побудови моделі поведінки користувачів
(Видавництво Львівської політехніки, 2020-09-23) Шаховська, Н. Б.; Мельникова, Н. І.; Shakhovska, N. B.; Melnykova, N. I.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National University
Наведено методи побудови моделі поведінки користувачів, які дадуть змогу виявити закономірності планування зустрічей друзів на підставі аналізу їхнього щоденного руху. Для цього попередньо проаналізовано низку методів і алгоритмів кластеризації даних і виокремлено особливості їхнього застосування. З'ясовано, що основними перевагами методів кластеризації даних на підставі їхньої щільності є можливість виявлення кластерів вільної форми різного розміру та стійкості до шуму та викидів. Однак до недоліків цих методів можна віднести високу чутливість до встановлення вхідних параметрів, не чіткий опис класів і непридатність для кластеризації даних великих розмірів. З'ясовано, що основною проблемою всіх алгоритмів кластеризації є їх масштабованість із збільшенням обсягу оброблених даних. Встановлено, що основними проблемами більшості з них є складність налаштування оптимальних вхідних параметрів (для алгоритмів щільності, сітки чи моделі), ідентифікація кластерів різної форми та щільності (алгоритми розподілу, алгоритми на підставі сітки), нечіткі критерії завершення (ієрархічний, розділовий та на підставі моделі). Оскільки процедура кластеризації є тільки одним із етапів оброблення даних системи загалом, обраний алгоритм повинен бути простим у використанні та простим для налаштування вхідних параметрів. Дослідження показують, що ієрархічні методи кластеризації містять ряд алгоритмів, придатних як для оброблення даних невеликого обсягу, так і для аналізу великих даних, що є актуальним у галузі соціальних мереж. На підставі виконаного аналізу даних, зібрано інформацію для заповнення розумного профілю користувача. Значну увагу приділено дослідженню асоціативних правил, на підставі чого запропоновано алгоритм для вилучення асоціативних правил, що дало змогу знаходити статистично значущі правила, а також шукати тільки залежності, визначені загальним набором вхідних даних, та має високу обчислювальну складність, якщо існує багато правил класифікації. Розроблено підхід, що орієнтований на створення та розуміння моделей поведінки користувачів, прогнозування майбутньої поведінки за допомогою створеного шаблону. Досліджено методи моделювання попереднього оброблення даних (кластеризація) та виявлено закономірності планування зустрічей друзів на підставі аналізу щоденного руху людей та їхніх друзів. Наведено методи створення та розуміння моделей поведінки користувачів, застосовано алгоритм k-means для групування користувачів, що дало змогу визначити, наскільки добре кожен об'єкт знаходиться у своєму кластері. Введено поняття правил асоціації, розроблено метод пошуку залежностей, оцінено точність моделі.
Математичні моделі теплообміну в елементах турбогенераторів (продовження)
(Видавництво Львівської політехніки, 2020-09-23) Гавриш, В. І.; Білінський, Б. О.; Король, О. С.; Шкраб, Р. Р.; Зімоха, І. О.; Havrysh, V. I.; Bilinskyi, B. O.; Korol, O. S.; Shkrab, R. R.; Zimoha, I. O.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National University
Удосконалено раніше розроблені [8] та наведено нові математичні моделі аналізу температурних режимів у окремих елементах турбогенераторів, які геометрично описано ізотропними півпростором і простором із внутрішнім джерелом тепла циліндричної форми. Також розглянуто випадки для півпростору, коли тепловиділяючий циліндр є тонким, а для простору, коли він є термочутливим. Для цього з використанням теорії узагальнених функцій у зручній формі записано остаточні диференціальні рівняння теплопровідності з крайовими умовами. Для розв'язування отриманих крайових задач теплопровідності використано інтегральне перетворення Ганкеля, внаслідок чого отримано аналітичні розв'язки в зображеннях. До цих розв'язків застосовано обернене інтегральне перетворення Ганкеля, яке дало змогу отримати завершені аналітичні розв'язки остаточних задач. Отримані аналітичні розв'язки подано у вигляді невласних збіжних інтегралів. Для визначення числових значень температури в наведених конструкціях, а також аналізу теплообміну в елементах турбогенераторів, зумовленого різними температурними режимами завдяки нагріванню внутрішніми джерелами тепла, зосередженими в об'ємі циліндра, розроблено обчислювальні програми. Із використанням цих програм наведено графіки, які відображають поведінку кривих, побудованих із використанням числових значень розподілу температури залежно від просторових радіальної та аксіальної координат. Отримані числові значення температури свідчать про відповідність наведених математичних моделей визначення розподілу температури реальному фізичному процесу. Програмні засоби також дають змогу аналізувати середовища із внутрішнім нагріванням, зосередженим у просторових фігурах правильної геометричної форми, щодо їх термостійкості. Як наслідок, стає можливим її підвищити, визначити допустимі температури нормальної роботи турбогенераторів, захистити їх від перегрівання, яке може спричинити руйнування не тільки окремих елементів, а й всієї конструкції.
Запровадження інформаційно-довідкової системи "UniBell" у освітнє середовище вищого навчального закладу
(Видавництво Львівської політехніки, 2020-09-23) Придатко, О. В.; Бурак, Н. Є.; Дзень, В. Є.; Кунинець, М. С.; Prydatko, O. V.; Burak, N. Ye.; Dzen, V. Ye.; Kunynets, M. S.; Львівський державний університет безпеки життєдіяльності; Lviv State University of Life Safety
Проаналізовано освітнє середовище ВНЗ на предмет його відповідності умовам організації освітнього процесу за принципами відділеного навчання. Встановлено низку чинників, що можуть впливати на якість результатів навчання за означених умов. Серед отриманих чинників на прикладі освітнього середовища Львівського державного університету безпеки життєдіяльності визначено один із пріоритетних, що потребував негайної реакції – розроблення інформаційно-довідкової системи "UniBell" для організації віддаленого доступу до бази даних навчального розкладу із використанням мобільних технологій. З'ясовано, що розроблення сервісу для обліку та контролю навчального розкладу, а також інших сервісів, цільовим призначенням яких є забезпечення якості освітнього процесу, задекларовано в рамках реалізації проєкту "Розумний університет". Подано означення терміна "Smart-університет" або "Розумне освітнє середовище". На прикладі створення інформаційно-довідкової системи "UniBell" та її функціональних можливостей досліджено множину зацікавлених сторін. З використанням понятійного апарату теорії множин визначено обсяги внутрішніх стейкхолдерів і їх зв'язок із Smart-середовищем. Описано функціональні можливості та особливості роботи окремо клієнтської та серверної частин інформаційно-довідкової системи "UniBell". Висвітлено особливості додаткових підсистем управління серверною частиною, що реалізовані за допомогою програмних технологій.Net, Java та мови структурованих запитів SQL. Подано архітектуру інформаційно-пошукової системи "UniBell". Описано особливості оброблення даних й адміністрування реляційної бази даних розробленої системи та графічно візуалізовано блок-схеми алгоритмів роботи клієнтської та серверної її частин, що сукупно стало основою розроблення діючого застосунку під операційну систему Android із можливістю завантаження через Google Play.