Проблемы математического и численного моделирования

Шайдуров Владимир Викторович
(в связи с участием в конкурсе в отдел математического центра «Красноярский математический центр»)

В докладе будет описан метод повышения порядка точности решений разностных задач. Он состоит из двух этапов. На первом этапе решается разностная задача невысокого порядка аппроксимации по времени. На втором этапе правая часть этой разностной задачи корректируется для повышения порядка аппроксимации с помощью уже найденного решения. В итоге повторное решение обладает более высоким порядком аппроксимации по времени.
Будет продемонстрировано теоретическое обоснование и реализация метода для параболического уравнения с исходными разностными схемами первого и второго порядка аппроксимации по времени, а также для обыкновенных дифференциальных уравнений второго порядка, возникающих при расчете орбит спутников.

Индивидуальный отчет о работе по Программе развития Красноярского математического центра

Садовский Владимир Михайлович
(в связи с участием в конкурсе в отдел математического центра «Красноярский математический центр»)

Будут представлены результаты работы докладчика в отделе РНОМЦ «Красноярский математический центр» ИВМ СО РАН:
основные научные результаты, опубликованные статьи, участие в организации научных мероприятий, оппонирование и руководство диссертациями, научно-организационная работа, участие в редколлегиях научных журналов, научно-педагогическая деятельность, доклады на конференциях, руководство проектами с 2020 по 2025 гг.

Математическое моделирование магнитного и электрического полей на границе магнитосферы Земли

Еркаев Николай Васильевич
(в связи с участием в конкурсе в отдел математического центра «Красноярский математический центр»)

Межпланетное магнитное поле (ММП) играет ключевую роль в генерации электрического поля, проникающего в магнитосферу и ионосферу Земли. Разделение межпланетного и геомагнитного полей на границе магнитосферы приводит к возникновению интенсивного электрического тока на границе. Конечная электропроводимость плазмы определяет структуру тонкого диссипативного пограничного слоя на границе магнитосферы. Моделирование этого слоя, согласованное с внешним обтеканием магнитосферы солнечным ветром, позволяет вывести связь между глобальной разностью электрических потенциалов поперек магнитосферы и параметрами солнечного ветра.

Об устойчивости совместного нестационарного движения двух слоёв идеальной жидкости

Андреев Виктор Константинович
(в связи с участием в конкурсе в отдел математического центра «Красноярский математический центр»)

В рамках модели идеальной несжимаемой жидкости исследуется устойчивость двухслойных нестационарных движений.

Организация информационного сопровождения позаказного производства на предприятиях ракетно-космической отрасли

Черныш Борис Александрович (СибГУ им. М. Ф. Решетнева)
(по материалам кандидатской диссертации)

Решены задачи совершенствования процесса информационного сопровождения жизненного цикла технически сложных изделий. Увеличена скорость обработки информации, реализовано раннее планирование на основе дерева документов по изделию, автоматизирована подготовка технической и коммерческой документации.
Предложена модель оптимизации информационного процесса поддержки жизненного цикла технически сложных изделий, состоящая из методики организации потоков данных и схемы процесса формирования структуры изделия. Модель позволяет осуществлять полноценное взаимодействие всех систем сопровождения жизненного цикла в рамках единого информационного пространства (ЕИП), начиная с самых ранних этапов. Метод интеграции систем поддержки жизненного цикла в рамках единого информационного пространства обеспечивает возможность комплексного сопровождения жизненного цикла продукции в распределённой среде с централизованной обработкой данных и контролем доступа.
Комплекс программного обеспечения позволяет интегрировать неограниченное число источников данных в ЕИП; выполнять построение аналитической отчётности без использования сторонних инструментов; осуществлять раннее планирование на основе дерева документации.

Развитие комплекса алгоритмов и программ сравнения символьных последовательностей в задачах прикладной биоинформатики

Шехова Анна Андреевна
(по материалам кандидатской диссертации)

В докладе будет представлен комплекс алгоритмов, позволяющих для двух символьных последовательностей локализовать участки с большим (значимым) количеством совпадений с учетом точечных замен, вставок и выпадений подпоследовательностей символов. Алгоритмы реализованы в комплекс программ, результатом работы которого является набор параметров, описывающих схожесть сравниваемых символьных последовательностей, а также их выравнивание. Алгоритмы апробированы на задаче поиска транспозонов в хлоропластах растений и задаче определения таксономического положения бактерий, гены которых секвенированы из микробиоты доноров.

Мембраны с электропроводящей поверхностью для разделения смесей: экспериментальные исследования и математическое моделирование

Рыжков Илья Игоревич
(в связи с участием в конкурсе на должность главного научного сотрудника)

В докладе будет представлен обзор научных исследований, проводимых в ИВМ СО РАН с 2015 г. по настоящее время в области нанопористых мембранных материалов с электропроводящей поверхностью. Для этого в институте была основана Лаборатория мембранных процессов и материалов, оснащенная современным оборудованием для синтеза мембран и изучения их свойств. Предложены новые типы мембран на микросфер летучих зол и нановолокон оксида алюминия с углеродным покрытием и исследованы их физико-химические свойства. Продемонстрирована возможность изменения селективности мембраны от аниона к катиону посредством изменения потенциала проводящего углеродного слоя с помощью внешнего источника. Разработана фильтрационная установка для разделения жидких смесей с помощью электропроводящих мембран. Показано, что подача разности потенциалов между мембраной и противоэлектродом позволяет существенно повысить задержание ионных красителей в водных растворах. Разработаны и программно реализованы математические модели процессов синтеза мембран и переноса ионов через поры под действием электрического поля. Соответствие расчетных и экспериментальных данных позволило объяснить ряд закономерностей управляемого транспорта ионов в мембранах. Полученные результаты могу быть использованы в области разделения смесей и получения чистых веществ.

Оптическая сортировка и бистабильность за счет использования высокодобротных резонансных мод

Шадрина Галина Владимировна
(по материалам диссертации на соискание учёной степени кандидата наук)

Основные положения, выносимые на защиту:
1) Разработана модель слияния двух типов связанных состояний в континууме (ССК) в дифракционной решетке, а именно сконструирован двухуровневый гамильтониан в рамках теории связанных мод, включающий в себя такие параметры, как расстояние между дисперсионными кривыми, затухание каждой из мод. Предложенный гамильтониан учитывает, что изменение расстояния между зонами и затухание каждой моды меняется квадратично с ростом волнового вектора, и, благодаря этому, корректно описывает поведение мнимой части в точке слияния двух ССК.
2) Найдена исключительная точка (точка полного вырождения) двух дисперсионных кривых, при помощи модели, разработанной на предыдущем шаге. Предложен наглядный способ регистрации исключительной точки в эксперименте, по картине пропускания.
3) Впервые предложены схемы оптической сортировки, позволяющие выделять объекты радиусом порядка одного нанометра. Причем показано, что одна и та же установка пригодна для проведения разных экспериментов по сортировке смесей с отличающимся диапазонами размеров частиц: достаточно светить на дифракционные решетки лазерным излучением разной интенсивности в разных экспериментах, что делает установку универсальной.
4) Аналитически решена нелинейная задача рассеяния для случая рассеяния света фотонным кристаллом с керровским дефектом. Это решение получено в резонансном приближении, а также что керровская поправка мала, и что основная мода, которая дает вклад в резонансное возбуждение – монопольная.

Моделирование волновых движений в структурно-неоднородных средах блочного строения в пространственной постановке

Ефимов Евгений Александрович
(по материалам диссертации кандидата физико-математических наук)

Ярким примером сред с блочной внутренней структурой являются горные породы. В породах блоки разделены прослойками, которые имеют малую толщину и являются более податливыми, чем блоки. Рассматривается модель тонких прослоек, задаваемых в виде внутренних граничных условий для блоков. Анализ решения в виде плоских волн в среде с упругим слоем и тонкой прослойкой показал, что предложенная модель пригодна для описания блочных сред с достаточно тонкими и податливыми прослойками. Для численного решения задач динамики блочных сред разработан программный комплекс для многопроцессорных вычислительных систем. В основе алгоритма лежит метод расщепления. Результаты вычислительного эксперимента качественно согласуются с лабораторными измерениями. Показаны некоторые особенности распространения волн в блочных средах

Научные исследования: Информационно-вычислительное обеспечение задач экологического мониторинга и комплексной оценки состояния природной среды на основе веб-ГИС

Якубайлик О. Э.
(в связи с участием в конкурсе на должность заместителя директора по научной работе)

В 1-й части доклада будут представлены результаты научно-организационной деятельности в качестве зам. директора по научной работе ИВМ СО РАН с 2022 г. по настоящее время, дана краткая характеристика выполненным и планируемым работам (гранты и договора, контакты с органами исполнительной власти, ВУЗами, научными институтами и прочими организациями, подготовка кадров, и проч.). 2-я часть доклада будет посвящена научным результатам, основное содержание которых связано с созданием информационно-вычислительного обеспечения для задач экологического мониторинга и комплексной оценки состояния природной среды на основе веб-ориентированных геоинформационных систем.

Исследования биотических элементов разнотипных водных экосистем на основе обработки данных натурных наблюдений и методов дистанционного зондирования

Андрианова А. В.
(в связи с участием в конкурсе на должность зав. отделом)

Доклад посвящен научно-организационной деятельности за отчетный период 2021–2025 годы. В качестве научной составляющей доклада представлены результаты работ по нескольким тематическим разделам в рамках теории функционирования разнотипных водных экосистем. Рассмотрена роль одного из ведущих компонентов биоты водных экосистем (зообентоса) в оценке экологического состояния водных экосистем. Представлен подход к оценке качества вод природных объектов посредством статистического анализа данных натурных наблюдений и интегрального биоиндикационного показателя. Продемонстрированы возможности совокупного использования методов дистанционного зондирования и данных наземного гидробиологического мониторинга для оценки степени зарастаемости русла Енисея.

Разработка методов и алгоритмов обработки данных спутниковых наблюдений тепловых аномалий и их интенсивности для исследования и мониторинга пожаров и повреждений лесов

Лозин Дмитрий Владиславович (Институт космических исследований РАН, г. Москва)
(по материалам диссертации кандидата технических наук)

В диссертации представлены статистически обоснованные зависимости вероятности гибели растительности от интенсивности горения для различных условий действия лесных пожаров на территории РФ. Это позволило разработать новый метод оценки гибели лесов от пожаров и создать новый алгоритм обработки данных космических наблюдений для проведения оперативных оценок последствий действия лесных пожаров. Также в работе разработан новый подход к адаптации алгоритмов детектирования активного горения для работы с данными различных космических систем наблюдения Земли.

Разработка моделей и методов для комплексного оценивания состояния территорий; разработка методов и инструментов для обнаружения технологических нарушений в цикле производства алюминия

Пенькова Т. Г.
(в связи с участием в конкурсе на должность зав. отделом)

В докладе представлена информация об участии за последние 5 лет в грантах научных фондов и проектах по договорам (контрактам) в качестве руководителя и ответственного исполнителя, а также о подготовленных за последние 5 лет публикациях и полученных результатах интеллектуальной деятельности. Кратко изложены результаты научной деятельности по направлениям: разработка моделей и методов для комплексного оценивания состояния территорий; разработка методов и инструментов для обнаружения технологических нарушений в цикле производства алюминия. Дана краткая характеристика организационной деятельности.

Применение моделей машинного обучения и нейросетевых моделей временных рядов для прогнозирования величины концентрации загрязняющих веществ в атмосфере г. Красноярска

Володько Ольга Станиславовна
(в связи с участием в конкурсе на должность научного сотрудника)

В докладе представлены результаты прогнозирования величины концентрации твердых взвешенных частиц PM2.5 в атмосфере города Красноярска с помощью различных моделей машинного обучения: моделей временных рядов – ARIMA и ARIMAX, ансамблевых моделей – случайного леса и градиентного бустинга, регрессионных моделей, а также с помощью моделей рекуррентных нейронных сетей разновидности LSTM.
Из каждого класса моделей выбиралась модель, показавшая лучшее качество прогноза, затем лучшие модели из разных классов сравнивались между собой. Для обучения моделей использовались данные за пять лет с 2019 по 2024 гг. по метеоусловиям и концентрациям PM2.5 с наземных станций оперативного мониторинга и модели реанализа NCEP GFS.
В результате исследования было определено, что лучшее качество прогнозирования показывает модель LSTM, с добавленными метеопараметрами в качестве экзогенных переменных, и данная модель может быть рекомендована для прогнозирования уровня загрязнения воздуха твердыми взвешенными частицами с достаточным уровнем точности.

Применение обобщенного реологического метода к задачам статического деформирования многослойных композитных структур

Петраков Игорь Евгеньевич
(в связи с участием в конкурсе на должность научного сотрудника)

Композитные материалы широко применяются в различных отраслях промышленности таких как автомобилестроение, машиностроение, авиастроение и космическая отрасль. Одним из видов композитных материалов являются сэндвич-структуры, состоящие из наполнителя и оболочки. В качестве материала оболочки могут использоваться полимеры, армированные стекловолокном или углеродным волокном, а также биоволокно. Сэндвич-структуры все чаще используются в инженерных приложениях в промышленности, строительных конструкциях и транспорте из-за своего легкого веса, а также прочности при больших нагрузках.
В докладе рассматривается модель многослойной композитной пластины и трехслойной сэндвич-пластины, состоящей из двух слоев композитного материала, связанного упругой изотропной прослойкой. Слои композитного материала моделируются с учетом различных модулей упругости при растяжении и сжатии и представляют собой ортотропный материал, армированный параллельными углеродными волокнами.
Представлена модель на основе обобщенного реологического метода, с помощью которого получены определяющие уравнения. С помощью вариационного метода Лагранжа построен функционал энергии, минимизация которого проведена с использованием метода начальных напряжений и метода конечных элементов. Представлены результаты серии вычислительных экспериментов по расчету напряженно-деформированного состояния вертикального сечения пластины под действием цилиндрический нагрузки.

Построение датасета сети интернета вещей

Исаева Ольга Сергеевна, Исаев Сергей Владиславович, Кулясов Никита Владимирович
(в связи с участием в конкурсах в отдел математического центра «Красноярский математический центр»)

Будет рассказано о созданной инфраструктуре сбора данных и имитации угроз безопасности сети интернета вещей, которая позволяет сохранять весь функционирующий трафик и выполнять тестирование сети на устойчивость к нескольким видам атак, характерным для таких сетей. Представлена структура базы данных, включающая датасеты, описывающие характеристики сессий, флаги используемых протоколов, показатели брокеров и данные с IoT-устройств. Показаны особенности датасета, содержащего сетевой трафик и проблемы, вызванные его высокой размерностью. Представлен метод сокращения признакового пространства, позволяющий учитывать сложные зависимости между данными и выбирать признаки, отвечающие заданным критериям качества. Выполнено сравнение результатов применения предложенного метода с результатами работы рекурсивного метода RFE (Recursive Feature Elimination) для выбранного класса моделей.

Применение методов компьютерного зрения и искусственного интеллекта к обработке медицинских данных и изображений

Симонов Константин Васильевич
(в связи с участием в конкурсе в отдел математического центра «Красноярский математический центр»)

Исследование в рамках Программы развития КМЦ будет направлено на разработку и реализацию методического алгоритмического и обеспечения для выделения и геометрического анализа текстурных особенностей в визуальных медицинских данных. Будет развита вычислительная технология, в виде набора специализированных методик, обработки и визуализации объектов интереса на основе применения алгоритмов шиарлет- и вейвлет-преобразований, нейросетей и упругих карт. При решении актуальных диагностических задач будут использоваться: табличные данные и временные ряды медицинских сигналов; наборы КТ и МРТ снимков, а также изображений, полученных с помощью сканирующей микроскопии и эндоскопов.

Сравнения символьных последовательностей: alignment-free метод, основанный на свертках числовых последовательностей

Карепова Евгения Дмитриевна
(в связи с участием в конкурсе в отдел математического центра «Красноярский математический центр»)

На семинаре обсудим, что значит сравнить две символьные последовательности. Почему наш подход alignment-free. Как одни проблемы заменяются на другие проблемы и что можно с этим сделать. Какие задачи, требующие сравнения символьных последовательностей, уже хорошо решаются с помощью нашего подхода, а что мы пока не смогли.