ИВМ СО РАН Поиск 
Отчеты ИВМ СО РАН

Отчет ИВМ СО РАН за 2010 год

Программы фундаментальных исследований Сибирского отделения РАН

IV.31. Проблемы создания глобальных и интегрированных информационно-телекоммуникационных систем и сетей. Развитие технологий GRID


Программа IV.31.1 Фундаментальные основы и прикладные аспекты вычислительных и информационных технологий, в том числе технологий на базе GRID, в интегрированных информационно-телекоммуникационных системах и сетях

Координаторы программы: академик РАН Ю. И. Шокин, член-корреспондент РАН И. В. Бычков

Проект IV.31.1.4 «Гибридные методы анализа данных, системы и технологии поддержки сложных задач организационного управления»
№ гос. регистрации 01201056405

Научный руководитель проекта: д.т.н., проф. Л. Ф. Ноженкова

Блок 1. Гибридные методы и технологии поддержки сложных задач организационного управления (Л. Ф. Ноженкова, А. А. Евсюков, Е. С. Кирик, А. В. Коробко, А. А. Марков, Р. В. Морозов, В. В. Ничепорчук, Т. Г. Пенькова).

Разработан метод концептуального OLAP-моделирования предметной области, основанный на интеграции технологии OLAP и формального концептуального анализа. Предложенный метод позволяет строить интегральную OLAP-модель предметной области в виде формальной концептуальной решетки многомерных кубов с использованием экспертных знаний об объектах анализа и возможности их совместной аналитической обработки.

Разработано методическое обеспечение для поддержки процессов подготовки и формирования управленческих решений на основе совокупности методов и алгоритмов оценивания состояния территории и формирования управляющих воздействий. Разработан индексный метод оценивания уровня благополучия территории, основанный на интеграции индивидуальных оценок неоднородных показателей и интерпретации индексных значений с использованием нечетко-множественных описаний. Предложено использовать интервальные значения нормативов и оценивать значимость изменения показателя по отношению к интервалу нормативных значений. Разработана модель формирования управляющих рекомендаций на основе технологии когнитивного анализа и моделирования, позволяющая анализировать сложившуюся ситуацию с выделением конкретных проблем и причин и формировать совокупность управляющих рекомендаций.

Предложен гибридный подход к сбору и обработке информации о деятельности научной организации путем вертикальной и горизонтальной интеграции данных. Вертикальная интеграция учреждений Красноярского научного центра СО РАН достигнута за счет развития средств автоматизированного сбора отчетности и формирование единого информационного поля подведомственных научных организаций. Для горизонтальной интеграции данных разработана концептуальная модель деятельности научной организации в виде онтологии, содержащей иерархию объектов научной активности и их атрибутов. На основе концептуальной модели создана динамическая концептуальная схема представления данных о научной деятельности сотрудников института по аналогии с методом Кнута для хранения разреженных матриц.

Разработана модель информационно-управляющей системы принятия решений при возникновении угроз пожарной безопасности на основе оценки рисков и моделирования последствий воздействия опасных факторов в условиях дефицита времени и пространства.

Обоснована структура «кризисных баз данных», позволяющих наиболее полно описать источники и реципиенты риска, системы мониторинга обстановки и результаты наблюдений, фиксации чрезвычайных событий, а также данные по силам и средствам ликвидации ЧС все уровней. Построены OLAP-модели, позволяющие выполнять оперативный анализ данных мониторинга природных и техногенных ЧС.

Разработаны методики и оригинальные программные средства поддержки процессов планирования, организации и контроля расходования бюджетных средств в рамках процедур организации муниципальных и государственных заказов. Разработаны алгоритмические средства автоматизированного формирования пользовательского интерфейса для управления данными в реестрах и справочниках. Разработаны методы создания защищенных веб-сервисов поддержки муниципальных закупок с применением электронной цифровой подписи. Решена задача построения защищенной информационной среды для передачи, хранения и оперативного обновления разнородной информации, связанной с процессами муниципального заказа. Конфиденциальность и контроль целостности информации обеспечивается посредством ее шифрования и имитозащиты, в соответствии с ГОСТ 28147-89. Важным фактором является возможность функционирования на платформах: Windows 2003/2008 (x86/x64), FreeBSD 6 (x86), Linux. Особенностью подхода является объектная организация размещения данных на веб-сервере, при которой система автоматически отслеживает информационно-зависимые блоки данных и включает их в передаваемые пакеты. Разработанные средства позволяют размещать не только информационные объекты, характеризующиеся сложной внутренней структурой и небольшим объемом данных, но также и реестры, объемы информации в которых существенны и единовременно могут достигать десятков тысяч записей.

Блок 2. Методы анализа данных сложной топологии (А. Н. Горбань, А. Д. Зиновьев).

Завершена разработка теоретических основ метода построения моделей оптимальной сложности для аппроксимации и визуализации многомерных данных. Используется три типа сложности:

  • геометрическая сложность, оценивающая, насколько аппроксимирующий граф отличается от идеальной конфигурации (наилучшее сочетание универсальности и простоты дают на сегодняшний день плюригармонические вложения графов в пространство данных); этот сорт сложности может рассматриваться как мера нелинейности;
  • структурная сложность, являющаяся монотонно возрастающей функцией от количества вершин, ребер и k-звезд; эта функция штрафует за количество различных структурных элементов;
  • конструктивная сложность, определенная по отношению к избранной грамматике графов и оценивающая количество преобразований, потребовавшихся, чтобы перевести исходных граф в аппроксиматор данной точности.

Опубликованы практические рекомендации по имплементации и применению метода.

Используя методы нелинейной аппроксимации данных (метод главных кривых), разработан нелинейный индекс качества жизни для 171 страны мира. Индекс базируется на основе нелинейной аппроксимации данных о валовом доходе на душу населения, продолжительности жизни, заболеваемости туберкулезом и детской смертности. Оригинальность подхода заключается в том, что ранжирование стран осуществляется без использования экспертных оценок, только на основе имеющихся данных. Показано, что использование нелинейности существенно для построения объективного и глобального для всех стран индекса качества жизни.

Разработаны и применены в практических задачах анализа биологических данных числовые критерии, позволяющие сравнить качество нелинейных проекций данных из многомерного пространства в двумерное, с соответствующими линейными проекциями. Используя эти критерии, было продемонстрировано преимущество использования нелинейных проекций, с использованием метода упругих карт, для задач анализа данных генных чипов.

Блок 3. Гибридные технологии распознавания образов (А. В. Лапко, В. А. Лапко).

Разработаны теоретические основы синтеза и анализа гибридных систем распознавания образов, обеспечивающих рациональный учёт априорных сведений о виде решающих функций и информации неоднородных обучающих выборок. Структура гибридных систем распознавания образов формируется на основе последовательной процедуры корректировки решающей функции по данным вычислительного эксперимента с промежуточной моделью классификации с использованием однородных частей обучающей выборки и методов непараметрической статистики парзеновского типа. Предложен ряд модификаций гибридных систем анализа разнотипных данных, отличающихся видом корректирующих функций и особенностью априорной информации. Исследованы асимптотические свойства статистических оценок показателей эффективности изучаемого класса систем, что позволило формализовать проблему выбора их эффективной структуры и её параметров в зависимости от условий классификации.

Важнейшие публикации

К блоку 1:

  1. Доррер Г. А., Ничепорчук В. В.
    Распределенные системы экологического мониторинга. — Красноярск: СибГТУ. — 2010. — 232 с.

  2. Шокин Ю. И., Москвичев В. В., Ничепорчук В. В.
    Методика оценки антропогенных рисков территорий и построения картограмм рисков с использованием геоинформационных систем // Вычислительные технологии. — 2010. — Т.15. — № 1. — С. 120–131.

  3. Ноженкова Л. Ф., Шайдуров В. В.
    OLAP-технологии оперативной информационно-аналитической поддержки организационного управления // Информационные технологии и вычислительные системы. — 2010. — № 2. — С. 15-27.

  4. Korobko A., Penkova T.
    On-line analytical processing based on Formal concept analysis // Procedia Computer Science. — 2010. — V. 1. — № 1. — P. 2305–2311.

  5. Kirik E., Yurgel'yan T., Krouglov D.
    On Influencing of a Space Geometry on Dynamics of Some CA Pedestrian Movement Model // Lecture Notes in Computer Science, Vol. 6350, Cellular Automata. — 2010. — P. 474–479.

  6. Ноженкова Л. Ф., Кирик Е. С., Мельник А. А., Литвинцев К. Ю.
    О создании информационно-управляющей системы поддержки принятия решений по обеспечению пожарной безопасности на объектах науки и образования // Материалы XIX науч.-техн. конф. «Системы безопасности — СБ2010». — Москва: АГПС МЧС РФ. — 2010. — С. 94-97.

  7. Евсюков А. А.
    , Ничепорчук В. В., Марков А. А. Использование средств оперативного геомоделирования для мониторинга ЧС на территории Сибирского федерального округа // Сб. матер IV Междунар. науч. конгр. ГЕО-Сибирь-2010. Геодезия, геоинформатика, картография, маркшейдерия. — Новосибирск: СГГА. — 2010. — Т. 1. — Ч. 3. — С. 132–137.

  8. Морозов Р. В., Ничепорчук В. В.
    Представление знаний в системе комплексной поддержки управления в чрезвычайных ситуациях «ЭСПЛА-ПРО» // Тр. XII нац. конф. по искусственному интеллекту с международным участием КИИ-2010. — Тверь, Россия. — М.: Физматлит. — 2010. — Т. 2. — С. 182–186.

  9. Пенькова Т. Г.
    Методика поддержки процессов подготовки и формирования решений в территориальном управлении // Материалы XII Ст.-Петербургской Междунар. конф. «Региональная информатика 2010». — Ст.-Петербург. — 2010. — С. 19-20.

  10. Коробко А. В., Пенькова Т. Г.
    Метод концептуального OLAP-моделирования на основе формального концептуального анализа // Вестник СибГАУ. — 2010. — № 4 (30). — С. 76-79.

К блоку 2:

  1. Gorban A. N., Zinovyev A.
    Principal manifolds and graphs in practice: from molecular biology to dynamical systems. http://arXiv.org/abs/1001.1122.

  2. Zinovyev A.
    Data visualization in political and social sciences. 2010. http://arXiv.org/abs/1008.1188.

К блоку 3:

  1. Lapko A. V., Lapko V. A.
    Nonparametric Рattern Recognition Systems in the Conditions of Large Learning Samples // Pattern Recognition and Image Analysis. (Advances in Mathematical Theory and Applications). — 2010. — Т. 20. — № 2. — С. 129–136.

  2. Лапко А. В., Лапко В. А.
    Разработка и исследование двухуровневых непараметрических систем классификации // Автометрия. — 2010. — Т. 46. — № 1. — С. 70-78.

  3. Лапко А. В., Лапко В. А.
    Анализ асимптотических свойств непараметрической оценки уравнения разделяющей поверхности в двуальтернативной задаче распознавания образов // Автометрия. — 2010. — Т. 46. — № 3. — С. 48-53.

  4. Лапко А. В., Лапко В. А.
    Непараметрическая оценка уравнения разделяющей поверхности в условиях больших выборок и её свойства // Системы управления и информационные технологии. — 2010. — № 1.2(39). — С. 300–304.

  5. Лапко А. В., Лапко В. А.
    Многомерная непараметрическая оценка уравнения разделяющей поверхности со случайными коэффициентами размытости ядерных функций // Системы управления и информационные технологии. — 2010. — № 2(40). — С. 56-60.

(Отделы Прикладной информатики, Моделирования неравновесных систем)

К началу

Программа IV.31.2 Новые ГИС и веб-технологии, включая методы искусственного интеллекта, для поддержки междисциплинарных научных исследований сложных природных, технических и социальных систем с учетом их взаимодействия

Координаторы программы: академик РАН Ю. И. Шокин, член-корреспондент РАН И. В. Бычков

Проект IV.31.2.10 «Технологические решения на основе геоинформационных веб-сервисов для систем мониторинга социально-экономических процессов и состояния природной среды в показателях устойчивого развития»
№ гос. регистрации 01201056406

Научный руководитель проекта: д.ф.-м.н., проф. Н. Я. Шапарев

Блок 1. Создание программно-технологического обеспечения для геоинформационного Интернет-портала и геопространственных веб-сервисов.

Разработка архитектуры программного обеспечения, создание специализированных программно-технологических средств, реализация рабочих прототипов геопространственных веб-сервисов для систем мониторинга социально-экономических процессов и состояния природной среды.

В отчетный период было значительно обновлено программное обеспечение геоинформационного портала, каталога пространственных метаданных. В частности, было создано новое функциональное ядро интерфейса пользователя с возможностью кэширования данных, улучшен веб-интерфейс пользователя, расширен набор операций с метаданными, реализована возможность работы с Корзиной, в которую можно помещать заинтересовавшие пользователя ресурсы, и т.д. На портале создан Wiki-раздел, в набор сервисов информационного взаимодействия добавлена лента новостей Twitter. На портале реализовано несколько поисковых веб-сервисов — геокодирования и адресного поиска, прокладки кратчайшего маршрута, построения линий водотока. Некоторые из этих разработок уже используются в прикладных системах.

Блок 2. Формирование и информационное наполнение Интернет-портала по природным ресурсам Красноярского края в структуре разработанной комплексной системы показателей устойчивого природопользования.

Проектирование и реализация программно-технологического обеспечения для анализа и моделирования геопространственных данных с использованием системы комплексных показателей устойчивого развития.

Выполнены работы по систематизации исходных геопространственных данных. Рубрикация данных выполняется с учетом системы комплексных показателей устойчивого развития. Имеющиеся данные приведены в порядок, начато заполнение метаданных. В целом, по Красноярскому краю введено более 800 единиц геопространственных данных.

Блок 3. Моделирование трофических взаимодействий в процессах продуцирования органического вещества в водных экосистемах.

Моделирование функционального состояния рыб на основе анализа параметров кинетики кислородного метаболизма клеток в мониторинге адаптационного потенциала устойчивого состояния рыб на фоне сезонных физиологических и антропогенных нагрузок. Разработка математической модели метода определения отношения дзета потенциала к массе наночастиц в суспензиях с помощью дифференциального высокочастотного измерителя электропроводности.

Выполнено моделирование функционального состояния рыб на основе анализа параметров кинетики кислородного метаболизма клеток в мониторинге адаптационного потенциала устойчивого состояния рыб на фоне сезонных физиологических и антропогенных нагрузок. Разработана математическая модель метода определения отношения дзета потенциала к массе наночастиц в суспензиях с помощью дифференциального высокочастотного измерителя электропроводности. Подробности результатов отражены в следующем разделе.

Основные результаты:

1. Комплекс программно-технологических решений для геоинформационного Интернет-портала (О. Э. Якубайлик, А. А. Кадочников, А. В. Токарев, А. Г. Матвеев, А. С. Пятаев).

Комплекс программно-технологических решений для геоинформационного Интернет-портала включает в себя:

  • каталог пространственных метаданных;
  • систему администрирования портала;
  • форум информационного взаимодействия разработчиков;
  • wiki-раздел портала;
  • подсистему визуализации картографических данных через веб-интерфейс (в двух редакциях — базовой и расширенной);
  • редактор стилевого оформления карт и отдельных слоев;
  • подсистему импорта метаданных со сторонних WMS-ресурсов и их визуализации;
  • прикладные картографические веб-сервисы: адресный поиск, геокодирование, прокладка маршрутов (рис. III.15);
  • библиотеку программных компонент для разработки картографических веб-приложений.

Рис. III.15
Рис. III.15. Веб-сервисы геокодирования и построения кратчайшего маршрута на геоинформационном портале ИВМ СО РАН

2. Моделирование функционального состояния рыб на основе анализа параметров кинетики кислородного метаболизма клеток (Г. В. Макарская).

На основе компонентного анализа хемилюминесцентной кинетики (ХК) генерации активных форм кислорода (АФК) клетками крови рыб определены модели функционального состояния рыб Красноярского водохранилища и их устойчивости к факторам внешнего воздействия (неспецифической резистентности) на протяжении летнего периода, включающего состояние нереста и посленерестового нагула.

3. Разработка математической модели метода определения дзета потенциала к массе наночастиц в суспензиях с помощью дифференциального высокочастотного измерителя электропроводности (В. С. Филимонов).

Для изучения электропроводности наночастиц в природных водах и суспензиях был разработан и изготовлен дифференциальный высокочастотный измеритель электропроводности на диапазон частот от 10 Кгц до 2.5 Мгц.

4. Трансформация свойств воды в водопроводе от станции водоподготовки до потребителя (В. В. Заворуев).

С помощью биотестирования установлено, что в водопроводных магистралях питьевая вода загрязняется посторонними веществами, и по критериям определения токсичности в большинстве случаев она не может быть отнесена к категории чистой.

Важнейшие публикации:

  1. Генкал C. И., Щур Л. А., Ярушина М. И.
    Диатомовые водоросли некоторых водоемов Ванкорского месторождения (Западная Сибирь). 1. Centrophyceae // Сибирский экологический журнал. — 2010. — № 4. — С. 551–561.

  2. Апонасенко А. Д., Дрюккер В. В., Сороковикова Л. М., Щур Л. А.
    О воздействии притоков на экологическое состояние реки Енисей // Водные ресурсы. — Т. 37. — № 6. — С. 692–699.

  3. Винник Ю. С., Дунаевская С. С., Портнягин Е. В., Макарская Г. В.
    Динамика продукции активных форм кислорода лимфоцитами крови у больных острым панкреатитом // Сибирское медицинское обозрение. — 2010. — № 1. — С. 35-38.

  4. Еремина И. Ю., Макарская Г. В., Тарских С. В.
    Возрастные особенности кислородного метаболизма клеток крови крупного рогатого скота // Вестник КрасГАУ. (В печати).

  5. Якубайлик О. Э.
    Геоинформационная Интернет-система мониторинга состояния окружающей природной среды в зоне действия предприятий нефтегазовой отрасли // Вестник СибГАУ. — 2010. — Т. 1(27). — С. 40-45.

  6. Якубайлик О. Э.
    Красноярский ГИС-портал СО РАН: состояние и перспективы // Тез. II Междунар. конф. «Геоинформатика: технологии, научные проекты». — Барнаул: АРТ. — 2010. — С. 14.

  7. Кадочников А. А.
    Веб-технологии в задачах публикации данных на примере геоинформационного Интернет-портала СО РАН // Тез. докл. II Междунар. конф. «Геоинформатика: технологии, научные проекты». — Барнаул. — 2010. — С. 50.

  8. Токарев А. В.
    Реализация сервиса геокодирования на основе PostgreSQL и PostGIS. // Тез. II Междунар. конф. «Геоинформатика: технологии, научные проекты». — Барнаул: АРТ. — 2010. — С. 99.

  9. Матвеев А. Г.
    Проектирование и разработка каталога метаданных ГИС-портала СО РАН // Геоинформатика: технологии, научные проекты // Тез. докл. II Междунар. конф. — Барнаул: АРТ. — 2010. — С. 69.

  10. Заворуев В. В.
    О некоторых проблемах качества воды в Красноярском крае // Материалы междунар. конф. «Инновационные процессы в современном образовании России как важнейшая предпосылка повышения уровня социально-экономического развития общества и охраны окружающей среды». — Красноярс: ИПК СФУ. — 2010. — С. 7-15.

  11. Заворуев В. В.
    Трансформация свойств воды в водопроводе от станции водоподготовки до потребителя // Материалы междунар. конф. «Инновационные процессы в современном образовании России как важнейшая предпосылка повышения уровня социально-экономического развития общества и охраны окружающей среды». — Красноярск: ИПК СФУ. — 2010. — С. 504–510.

  12. Заворуев В. В., Васильева М. С., Кулакова А. М.
    Изменение качества воды в магистралях централизованного водоснабжения г. Красноярска // Сб. материалов V Конф. «Водные ресурсы Енисейского региона». — Красноярск. — 2010. — С. 36-45.

  13. Филимонов В. С., Гостева А. А., Ерунова М. Г.
    Оценка солености вод рек на территории государственного заповедника «Центральносибирский» как индикатора состояния экосистемы // Проблемы региональной экологии. — 2010. — № 1. — С. 57-61.

  14. Филимонов В. С., Гостева А. А., Ерунова М. Г.
    Оценка электропроводности талых вод на территории государственного заповедника «Центрпльносибирский» // Тр. всерос. науч.-практ. конф. «Инновационные процессы в современном образовании России как важнейшая предпосылка социально-экономического развития общества». — Ачинск. — 2010. — С. 535–544.

(Отдел вычислительной физики)

К началу

Webmaster