Отчет ИВМ СО РАН за 2007 год

Федеральные программы

• Федеральная целевая научно-техническая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2007–2012 годы»
• Грант Президента РФ для ведущих научных школ № НШ-3428.2006.9 «Развитие методов компьютерного моделирования и аналитической обработки данных в системах информационно-телекоммуникационной поддержки регионального управления»
• Грант Президента РФ для ведущих научных школ № НШ-5873.2006.1 «Теория и приложения задач со свободной границей»

Федеральная целевая научно-техническая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2007–2012 годы»

Мероприятие 1.12 «Развитие системы ведущих научных школ как среды генерации знаний и подготовки научно-педагогических кадров высшей квалификации»

Руководитель: чл.-корр. РАН В. В. Шайдуров

Ответственный исполнитель: д.т.н., проф. Л. Ф. Ноженкова

Направление 1. Развитие технологий хранения и оперативной аналитической обработки данных.

Интеллектуальные средства управления OLAP-моделированием. Развитие технологии оперативной аналитической обработки данных за счет интеллектуальных средств позволяет выполнять описание сложных комплексов OLAP-моделей и осуществлять управление их взаимодействием в процессах обработки многомерных данных и расчета аналитических показателей. Средства метаописания и интеллектуального управления позволяют автоматизировать не только расчетные задачи, но и реализовать эвристические и эмпирические методы, как, например, согласование результатов расчета нормативов объемов медицинской помощи и нормативов финансирования в планировании медицинской помощи.

Разработано алгоритмическое и программное обеспечение для оперативного географического моделирования в информационно-аналитических системах на основе интеграции функциональных элементов геоинформационной технологии с технологией оперативной аналитической обработки данных OLAP (On-Line Analytical Processing). В основе механизма динамической связи многомерных данных OLAP-системы к пространственной информации ГИС лежит картографическая привязка данных, позволяющая устанавливать соответствие между результатами оперативного аналитического моделирования и географическими объектами. При построении легенды используются методы тематического картографирования, позволяющие разбить объекты слоя на классы на основе соответствующих значений анализируемого показателя. Для наглядности представления результатов OLAP-анализа для тех слоев, к которым осуществляется картографическая привязка данных, предложено строить не индивидуальную легенду для каждого слоя, а общую легенду. Наглядность представления результатов при построении общей легенды заключается в том, что появляется возможность визуального сравнения значений показателей для объектов слоев разного типа: точечных, линейных и площадных.

Разработан метод восстановления отсутствующих данных для символьных последовательностей. Пропуски заполняются исходя из принципа максимального подобия. Для восстановления пропусков используется модифицированный вариант кинетической машины Кирдина, представляющей собой мелкозернистый высокопараллельный вычислительный формализм.

Направление 2. Решение прикладных задач территориального управления.

Инструментальный комплекс предупреждения чрезвычайных ситуаций (ЧС) природного и техногенного характера. Разработана экспертная геоинформационная система поддержки принятия решений при паводковых ЧС. Расширена база знаний системы включением новых типов паводковых ЧС. Разработана информационно-аналитическая экспертная система поддержки принятия решений по противопожарным мероприятиям. Система производит оперативный анализ и расчет рисков с применением технологии OLAP-моделирования.

В рамках вычислительных экспериментов и на основе разработанных алгоритмов вейвлет-преобразования и построения нелинейной многопараметрической регрессии, выполнялись исследования по анализу данных геомониторинга опасных природных процессов (землетрясения, наводнения) с целью создания адекватных методик оценки риска и вероятного ущерба.

По данным системы глобального сейсмического мониторинга в Тихом океане о последовательности «индикаторных» землетрясений (форшоков) в районе Средних Курил выполнен анализ геодинамических условий подготовки сильнейших землетрясений этого столетия (15 ноября 2006 г. и 13 января 2007 г.).

Разработаны методы и алгоритмы в рамках географических информационных систем для моделирования риска и оценки ущерба при авариях на гидротехнических сооружениях, которые обусловлены воздействием ряда неблагоприятных геодинамических факторов. Получены оценки сейсмической опасности в районе гидроузла Богучанской ГЭС на основе данных регионального сейсмического мониторинга и вычислительной технологии построения карт ОСР-97. На примере моделирования гипотетической аварийной ситуации на Богучанской ГЭС показаны основные этапы анализа данных о зонах затопления и оценки вероятного ущерба в нижнем бьефе проектируемой плотины. Были проведены эксперименты по распространению волны прорыва при разрушении плотины Богучанской ГЭС для нескольких сценариев аварии.

Разработаны программные средства, позволяющие создавать карты и диаграммы, демонстрирующие сходство и различие в тенденциях изменения климатических параметров для территории Сибири, выявлять климатические параметры, наиболее сильно влияющие на биоценозы. Основное влияние было уделено анализу динамики экстремальных погодных явлений.

Направление 3. Развитие средств телекоммуникаций и информационных ресурсов.

Технология распределенного доступа к документам и информационным ресурсам. Разработаны средства ведения централизованной библиотеки документов в рамках автоматизированной системы поддержки муниципального заказа. Определены структура и функции библиотеки документов, входящей в состав автоматизированной системы, обеспечивающей работу органа, отвечающего за организацию муниципального заказа.

Разработана модель распределенного хранения электронных документов, представляющих разнородные информационные ресурсы и модель информационных процессов, обеспечивающих технологию доступа к документам. Полученные результаты представляют основу технологии доступа к документам научных библиотек и других информационных ресурсов. Работа имеет высокую научную и практическую значимость, поскольку позволяет повысить эффективность научных исследований за счет применения новой технологии доступа к информационным ресурсам.

Исследованы наиболее часто встречаемые на практике угрозы, приводящие к потере информации либо отказам функционирования сети в целом или отдельных сервисов, пути их предотвращения, проведена систематизация полученного опыта. Исследованы вопросы обеспечения управляемости сети и надежности таких Интернет-сервисов как электронная почта, DNS, HTTP и другие сервисы прикладного уровня.

Направление 4. Развитие гибридных технологий интеллектуального анализа данных для создания систем поддержки принятий решений.

Разработаны теоретические основы синтеза и анализа непараметрических систем принятия решений с многоуровневой структурой при наличии априорных сведений о виде решающих функций в пространстве признаков анализируемых условий либо в их частичных наборах.

Идея предлагаемого подхода состоит в декомпозиции исходной задачи, построении семейства локальных решающих функций на основании однородных частей обучающей выборки и последующей их организации в нелинейном решающем правиле с помощью методов непараметрической статистики. Однородная часть обучающей выборки содержит её элементы, удовлетворяющие одному или нескольким требованиям таким как наличие однотипных признаков, отсутствие либо наличие пропусков данных, что порождает широкий круг условий синтеза непараметрических решающих правил. При интеграции локальных решающих функций используются непараметрические оценки оптимальных решающих правил.

Предложен и исследован новый подход построения непараметрических систем принятия решений в условиях малых выборок, основанный на искусственном увеличении исходной информации с использование принципов имитации систем. Определены условия преимущества предлагаемых непараметрических алгоритмов по сравнению с традиционными методами, основанными на оценках плотности вероятности типа Розенблатта-Парзена.

Основные публикации (по направлениям).

По направлению 1:

1. Ноженков А. И.
   Формирование территориальных программ медицинской помощи на основе интеллектуальных средств управления OLAP-моделированием: Автореф. дис. : канд. техн. наук. — Красноярск: ИВМ СО РАН, 2006. — 21 с.

2. Евсюков А. А.
   Средства оперативного геомоделирования в информационно-аналитических системах: Автореф. дис. : канд. техн. наук. — Красноярск: ИВМ СО РАН, 2007. — 23 с.

3. Исаева О. С.
   Применение нечеткого логического вывода для построения агрегированных картографических показателей здоровья // Тр. междунар. науч.-техн. конф. «Интеллектуальные системы» (AIS'07) и «Интеллектуальные САПР» (CAD-2007). — М.: Физматлит. — 2007. — Т. 2. — С. 194–198.

4. Рубцов А. Г., Садовский М. Г., Сенашова М. Ю.
   Оценка количества заполнений при восстановлении отсутствующих данных // Материалы V школы-семинара «Распределенные и кластерные вычисления». — Красноярск: ИВМ СО РАН. — 2007. — С. 132–149.

5. Сенашова М. Ю., Рубцов А. Г., Садовский М. Г.
   Кинетическая машина Кирдина и задача восстановления утерянных данных // Радiоелектронiка, Iнформатика, Управлiння. — 2007. — № 1. — C. 87-93.

6. Сенашова М. Ю., Рубцов А. Г., Садовский М. Г.
   Восстановление отсутствующих данных. Оценка вычислительных затрат // Тр. XII Байкальской Всерос. конф. «Информационные и математические технологии в науке и управлении». — Иркутск: ИСЭМ СО РАН. — 2007. — Ч. II. — C. 99–106.

По направлению 2:

1. Ноженкова Л. Ф., Исаев С. В., Ничепорчук В. В.
   Комплексная поддержка принятия решений по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в регионе // Тез. IX Всерос. конф. «Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф». — Барнаул: Алтайский гос. ун-т. — 2007. — С. 182.

2. Евсюков А. А., Исаев С. В., Морозов Р. В., Ничепорчук В. В., Ноженкова Л. Ф.
   Интеграция технологий в системах поддержки принятия решений в условиях ЧС // Тр. II Всерос. конф. «Безопасность и живучесть технических систем». — Красноярск: ИВМ СО РАН. — 2007. — С. 44-48.

3. Носков М. В., Симонов К. В., Кириллова
   . Моделирование риска наводнений на основе нечетких множеств // Вычислительные технологии. — 2006. — Т. 11. — (Спец. выпуск). — С. 51-58.

4. Кириллова С. В., Симонов К. В., Щемель А. Л.
   Нелинейная многопараметрическая регрессия данных наблюдений о наводнениях // Вопросы математического анализа. — Красноярск: ПИ СФУ — 2007. — Вып. 10. — С. 47-54.

5. Lavrentiev M. M., Simonov K. V., Sibgatulin V. G., Peretokin S. A.
   Energy Structure of Seismic Zones Processes // Workshop on Tsunami 2006. — Yokohama, Keio University, Yapan. — 2007. — P. 125–128.

6. Симонов К. В., Ничепорчук В. В.
   Прогнозирование риска и оценка ущерба от аварийной ситуации на гидроузле БоГЭС // Тр. II Всерос. конф. «Безопасность и живучесть технических систем». — Красноярск: ИВМ СО РАН. — 2007. — С. 248–250.

7. Симонов К. В., Ничепорчук В. В.
   Информационное обеспечение моделирования кризисных ситуаций — наводнений в районе Богучанской ГЭС // Тр. XII Байкальской Всерос. конф. «Современные информационные и математические технологии в науке и управлении». — Иркутск: ИСЭМ СО РАН. — 2007. — Ч. 2. — С. 194–197.

8. Симонов К. В., Ничепорчук В. В.
   Анализ методик оценки риска и ущерба для гидротехнических сооружений // Тез. докл. IX Всерос. конф. «Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф». — Барнаул: Алтайский гос. ун-т. — 2007. — С. 97.

По направлению 3:

1. Ковязина Е. В.
   Технология доступа к документам в научно-исследовательской организации: Автореф. дис. : канд. техн. наук. — Красноярск: ИВМ СО РАН, 2007. — 16 с.

2. Ковязина Е. В.
   Объединение информационных ресурсов: реализация и опыт эксплуатации // Материалы междунар. конф. «Библиотеки и информационные ресурсы в современном мире науки, культуры, образования и бизнеса». — Электрон. дан. — М.: ГПНТБ России, 2007. — 1 электрон. опт. диск (CD-ROM). — Загл. с этикетки диска.- ISBN 978-5-85638–119-0. — Госрегистрация № 0320700790.

3. Пенькова Т. Г.
   Информационная модель шаблона для автоматизированного формирования документов // Материалы X Всерос. науч.-практ. конф. «Проблемы информатизации региона». — Красноярск: ПИ СФУ. — 2007. — Т. 1. — С. 157–163.

4. Исаев С. В.
   Проблемы динамического контроля трафика корпоративной компьютерной сети // Материалы X Всерос. науч.-практ. конф. «Проблемы информатизации региона». — Красноярск: ПИ СФУ. — 2007. — Т. 2. — С. 15-20.

По направлению 4:

1. Лапко А. В., Лапко В. А.
   Непараметрические системы обработки неоднородной информации. — Новосибирск: Наука, 2007. — 197 с. (174?)

2. Лапко В. А., Бадмаев Р. В., Молоков В. В.
   Синтез нелинейных непараметрических моделей восстановления стохастических зависимостей коллективного типа // Тр. V Всерос. науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных «Молодёжь и современные информационные технологии». — Томск: ТПУ. — 2007. — С. 79-81.

3. Лапко А. В., Лапко В. А., Цугленок Г. И.
   Исследование непараметрических алгоримов в условиях неоднородной агроинформации // Вестник КрасГАУ. — 2007. — № 3. — С. 56-62.

4. Лапко А. В., Лапко В. А.
   Непараметрические алгоритмы распознавания образов при случайных значениях коэффициентов размытости ядерных функций // Автометрия. — 2007. — № 5. — С. 47-55.

(Отделы вычислительной математики, прикладной информатики, средств телекоммуникаций и вычислительной техники)

Руководитель: чл.-корр. РАН В. В. Пухначев

Блок «Точные решения и устойчивость течений с поверхностями раздела»

Руководитель блока: д.ф.-м.н., проф. В. К. Андреев

1. Исследовано инвариантное решение двумерных уравнений термодиффузии, описывающее нестационарное однонаправленное движение двух бинарных смесей с плоской поверхностью раздела. Причиной движения является постоянный термоконцентрационный эффект на этой поверхности и нестационарные градиенты давления в слоях конечной, но разной толщины. Получены априорные оценки возмущений скоростей, температур и концентраций в слоях. Найдено стационарное состояние системы и показано, при некоторых условиях на градиенты давления, что это состояние является предельным при t → ∞. В случае полубесконечных слоёв решение найдено в замкнутой форме в виде аналитических выражений.

2. Разработан прямой численный метод решения линеаризованной задачи об устойчивости в слоях, когда основное движение не является стационарным. Показано на примерах, что минимальные числа Грасгофа практически не отличаются от полученных другими методами.

3. Исследована устойчивость равновесия в системе двух несмешивающихся вязких теплопроводных жидкостей с общей границей раздела, причём сила плавучести в слоях (плотности) линейно зависит от температуры и давления. Нижняя граница системы — неподвижная твёрдая стенка, верхняя — недеформируемая свободная поверхность. В уравнении энергии в каждой из областей учитывается функция теплового источника, связанная с радиационным переносом энергии от Солнца. Задача о возникновении конвекции рассмотрена в применении к озеру Байкал. Численно построены нейтральные кривые для южной, центральной и северной частей Байкала. Их анализ показывает, что чем меньше толщина верхнего слоя, тем активнее термодинамические процессы, протекающие в нём, и это оказывает дестабилизирующее влияние на равновесие. При уменьшении числа Био (коэффициент теплоотдачи) критические числа Релея убывают, а область неустойчивости смещается в сторону меньших по значению волновых чисел.

4. Решена задача групповой классификации системы уравнений конвекции несжимаемой бинарной смеси относительно функции, учитывающей силы плавучести вдоль оси Z. Эта функция R(p, T, c) определяет плотность среды, зависит от давления, температуры и концентрации легких компонент в жидкости. Вычислена основная группа преобразований зависимых и независимых переменных системы при произвольном выборе функции R(p, T, c), базис ядра системы состоит из восьми операторов, редуцируемых из системы операторов для уравнений Навье-Стокса. Выделены и рассмотрены три случая: 1) функция R(p, T, c) не зависит от давления p; 2) функция R = p + Φ(T, c) — линейная по p; 3) функция R(p, T, c) — нелинейная по p. Получены таблицы групповой классификации со специализациями функции и базисами допустимых операторов.

5. Проведена групповая классификация уравнений двумерного нестационарного турбулентного пограничного слоя и найдены некоторые точные решения.

6. Получены решения стационарной и нестационарной задачи о ползущем движении бинарной смеси в горизонтальной цилиндрической трубе. Показано, что нестационарное решение выходит на стационарный режим при больших временах. Найдены решения стационарной задачи при достаточно малых значениях числа Рейнольдса в первом приближении.

Основные публикации:

1. Андреев В. К., Картошкина А. Е.
   Автомодельное движение бинарных смесей с плоской границей раздела // Сибирский журнал индустриальной математики. — 2007. — Т. 10. — № 1(29). — С. 17-24.

2. Андреев В. К., Бекежанова В. Б.
   Конвективная неустойчивость системы горизонтальных слоёв слабосжимаемых жидкостей // ПМТФ. — 2007. — Т. 48. — № 4. — С. 15-22.

3. Андреев В. К.
   Нестационарное движение плоских слоёв вязких жидкостей с общей границей раздела // Вычислительные технологии. — 2007. — Т. 12. — № 5. — С. 23-30.

4. Бекежанова В. Б.
   Исследование устойчивости равновесного состояния в модели конвекции с нелинейной зависимостью плотности от температуры и давления // ПМТФ. — 2007. — Т. 48. — № 2. — С. 66-74.

5. Андреев В. К.
   Свойства решений начально-краевой задачи о совместном движении плоских слоёв вязких жидкостей // Тр. XXXVIII конф. «Проблемы теоретической и прикладной математики». — Екатеринбург: ИММ УрО РАН. — 2007. — C. 105–110.

6. Собачкина Н. Л.
   Решение начально-краевой задачи о ползущем движении бинарной смеси в цилиндре // Тр. XXXVIII конф. «Проблемы теоретической и прикладной математики». — Екатеринбург: ИММ УрО РАН. — 2007. — С. 199–204.

7. Ефимова М. В.
   Неустойчивость поверхности раздела равновесного состояния двух бинарных смесей с учетом эффекта Соре // Вычислительные технологии. — 2007. — Т. 12. — № 6. — С. 18-30.

(Отдел дифференциальных уравнений механики)