Отчет ИВМ СО РАН за 2004 год

Важнейшие научные достижения 2004 года

• Важнейшие научные достижения 2004 года
• Компьютерные модели для исследования гидрофизических процессов в стратифицированных озерах
• Исследование двумерных течений и их устойчивости в моделях микроконвекции
• Численное моделирование катастроф технических систем
• Модели и методы построения геоинформационных систем с применением аппарата нечетких множеств
• Методы и средства построения комплексов многомерных моделей для реализации многошаговых аналитических методов в OLAP-технологии

Номер научного направления ОИТВС: 2

Авторы научного результата:
Белолипецкий В. М., зав. отделом, д.ф.-м.н., профессор;
Компаниец Л. А., с.н.с., к.ф.-м.н., доцент;
Генова С. Н., н.с., к.т.н.
Тел.: 49–47–58, e-mail

Рис. 1

Выполнены численные исследования годового температурного и солевого режимов непроточного водоема с учетом ледообразования.

Рис. 2

Важнейшие публикации:

1. Belolipetskii V. M., Genova S. N., Gavrilova L. V., Kompaniets L. A.
   Mathematical models and computer programmes for the investigation of hydrophysical processes in Lake Shira // Aquatic Ecology. — 2002. — Vol. 36. -P. 143–152.

2. Degermendzhy A. G., Belolipetsky V. M., Zotina T. A., Gulati R. D.
   Formation of the vertical heterogeneity in the Lake Shira ecosystem: the biological mechanisms and mathematical model // Aquatic Ecology. — 2002. — Vol. 36. -P. 271–297.

3. Генова С. Н., Лукавенко П. Н.
   Двумерная в вертикальной плоскости модель гидротермического режима непроточного водоема // Вычислительные технологии. — 2002. — Т. 7. — № 4. — С. 9-17.

4. Белолипецкий В. М., Генова С. Н., Наумченко О. А.
   Одномерная модель теплового и солевого режимов стратифицированного озера // Вычислительные технологии. — 2003. — Т. 8. — Региональный вестник Востока. — 2003. — № 3. — (Совм. выпуск. — Ч. 1). — С. 131–138.

Номер научного направления ОИТВС: 2

Авторы научного результата:
Андреев В. К., зав. отделом, д.ф.-м.н., профессор;
Бекежанова В. Б., н.с., к.ф.-м.н.;
Гапоненко Ю. А., с.н.с., к.ф.-м.н.
Тел.: 49–47–61, e-mail

Для моделей микроконвекции на основе метода симметрий построены новые классы точных решений, описывающих течения в плоских слоях при различных граничных режимах и наличии поверхности раздела. Выделены подгруппы непрерывных преобразований, относительно которых условия на поверхности раздела остаются инвариантными.

Изучена устойчивость как равновесных конфигураций, так и стационарных течений. Установлено, что в отличие от классической модели Обербека-Буссинеска возмущения не являются монотонными, а спектр линеаризованной задачи аппроксимирует соответствующие спектры задач известных моделей при малом числе Буссинеска. Обнаружены новые механизмы неустойчивости, связанные со слабой сжимаемостью жидкости. Построены нейтральные кривые чисел Марангони М для расплава кремния.

Рис. 1. Нейтральные кривые для плоского слоя в модели микроконвекции.
Кривая 1 соответствует монотонным возмущениям, 2 — колебательным.
Кривые 3-5 обусловлены сжимаемостью жидкости в модели микроконвекции.

Проведены исследования конвекции, возникающей в смешивающихся неизотермических жидкостях в условиях слабых силовых полей. Определены зависимости характеристик течений от пространственно-временных конфигураций внешних воздействий и значений определяющих параметров. На рис. 2 показаны изолинии функции тока и поле концентрации. Неоднородность распределения концентрации приводит к формированию двух вихрей, которые распространяются вдоль области смешения жидкостей.

Рис. 2. Структура течения, возникающая при распространении возмущений внутри зоны смешения жидкостей с различной концентрацией.

Результаты могут быть использованы: в области космического материаловедения, установлении структуры течений в тонких слоях жидкости применительно к аппаратам и устройствам химической и энергетической промышленности, исследовании «проникающей» конвекции в водоемах (оз. Байкал) и больших резервуарах.

Важнейшие публикации:

1. Aristov S., Bessonov N., Gaponenko Yu., Volpert V.
   Interfacial Waves in Binary Fluids // Pattern and Waves. — St. Petersburg. — 2003. — P. 79-97.

2. Gaponenko Yu., Volpert V.
   Modelling Turing structures with convection // Pattern and Waves. — St. Petersburg. — 2003. — P. 292–309.

3. Андреев В. К., Бекежанова В. Б.
   Об устойчивости равновесия плоского слоя в модели микроконвекции // ПМТФ. — 2002. — Т. 43. — № 2. — С. 43-53.

4. Андреев В. К., Бекежанова В. Б.
   Об устойчивости стационарного течения в вертикальном слое в модели микроконвекции // МЖГ. — 2004. — № 2. — С. 57-68.

5. Андреев В. К., Бублик В. В., Бытев В. О.
   Симметрии неклассических моделей гидродинамики. — Новосибирск: Наука. — 2003. — 352 с.

6. Андреев В. К., Рябицкий Е. А.
   Возникновение микроконвекции в плоском слое со свободной границей // ПМТФ. — 2004. — Т. 45. — № 1. — С. 29-38.

7. Бекежанова В. Б.
   Об одном стационарном решении уравнений микроконвекции в вертикальном слое // ПМТФ. — 2001. — Т. 42. — № 3. — С. 63-71.

8. Гапоненко Ю. А., Захватаев В. Е.
   Микроконвекция в бинарной системе // Изв. РАН. МЖГ. — 2003. — № 1. — С. 67-79.

Номер научного направления ОИТВС:

Авторы научного результата:
Москвичев В. В., зав. отд., д.т.н., проф.;
Лепихин А. М., зав. лаб., д.т.н.;
Доронин С. В., с.н.с., к.т.н., доцент.
Тел.: 43–26–56, е-mail: e-mail

Разработана методика численного моделирования катастроф технических систем, в основу которой положен принцип стохастичности ресурса (ресурс каждого элемента системы является случайной величиной). При моделировании из всего многообразия возможных предельных состояний сложной системы выделяются только критические предельные состояния (КПС), наступление которых инициирует последовательность повреждений и разрушений, ведущих к катастрофе системы как связной структуры элементов. Под критическим предельным понимается состояние, достижение которого приводит к неуправляемому и необратимому процессу потери несущей способности (эффект «домино»).

При возникновении аварийной ситуации достижение КПС инициирует одну из возможных траекторий развития катастрофы технической системы. Множество возможных траекторий представляется сценарными диаграммами, которые анализируются с использованием графических схем и аппарата нечетких множеств. Сценарная диаграмма представляет собой информационный граф, моделирующий три этапа развития аварийной ситуации: деградацию параметров технической системы, возникновение КПС в отдельном элементе системы, развитие повреждений и катастрофа системы. Третий этап включает несколько фаз и траекторий (сценариев) развития катастрофы. Их количество определяется структурной сложностью и живучестью конструкции технической системы.

Анализ сценарных диаграмм выполняется по результатам многоэтапного конечно-элементного моделирования напряженно-деформированного состояния конструкции. При этом проводятся: анализ номинального напряженного состояния, анализ предельного напряженно-деформированного состояния, расчет вероятности его достижения с учетом исключения из структуры «разрушенных» элементов, оценка живучести поврежденной структуры. Вычислительная процедура повторяется до критического предельного состояния, соответствующего полной потере несущей способности конструкции. В результате получается оценка вероятности развития заданного сценария аварийной ситуации. Достоинством предложенного подхода является возможность учета в единой модели основных факторов, среди которых могут быть отдельные события, группы событий и процессы, не имеющие четких детерминированных пространственно-временных границ протекания.

Важнейшие публикации:

1. Вероятностный риск-анализ конструкций технических систем / Лепихин А. М., Махутов Н. А., Москвичев В. В., Черняев А. П.
   - Новосибирск: Наука, 2003. — 174 с.

2. Moskvichev V., Lepikhin A.
   Joint weld fracture statistical modeling for elements of nuclear reactor equipment // Proc. 3-th Int. conf. «Fracture Mechanics of Materials and Structural Integrity». — Lviv: Karpenko Physico-mechanical Institute, 2004. — P. 569–574.

3. Доронин С. В., Чурсина Т. А.
   Моделирование причинно-следственных отношений аварийных ситуаций горного оборудования // Известия ВУЗов. Горный журнал, 2004. — № 4. — С.73-78.

Номер научного направления ОИТВС: 3

Авторы научного результата:
Ноженкова Л. Ф., зам. директора по науке, д.т.н.
Исаева О. С., ведущий инженер-программист, к.т.н.
Тел.: 90–79–54, e-mail

Предложены модель и алгоритм нечеткого вывода для построения агрегированных показателей в геоинформационной системе: введено понятие нечеткого мультиправила, определен способ разрешения конфликтов данных, разработана стратегия логического вывода и методы интерпретации результата. Гибридная информационная технология позволяет применять эвристические методы для агрегирования семантических данных в ГИС.

Предложенная технология применима для прикладных направлений, где возникают задачи комплексного качественного анализа территориальных показателей. Модель реализована в аналитической геоинформационной системе «Атлас здоровья». Система предназначена для качественной оценки показателей состояния здоровья населения и оценки качества работы органов здравоохранения в территориальном и временном разрезах.

Применение аппарата нечеткого вывода позволяет выполнять обобщенный картографический анализ медико-демографических показателей, измеренных в разных смысловых шкалах, и основывается на многолетнем опыте экспертов. Результаты функционирования системы нечеткого вывода представляются в наглядном виде на карте региона.

Рис. 1. Построение агрегированного показателя «социально обусловленная заболеваемость» по трем территориальным показателям заболеваемости:
а) исходный показатель заболеваемости наркоманией на 10 тысяч населения;
б) исходный показатель заболеваемости алкогольными психозами на 10 тысяч населения;
в) исходный показатель заболеваемости ВИЧ-инфекцией на 100 тысяч населения;
г) агрегированный показатель — «социально обусловленная заболеваемость».

Агрегированный показатель «социально обусловленная заболеваемость», представленный на рис. 1 (г), отражает результативность мер медико-социального и социально-экономического характера по предупреждению и лечению социально обусловленных заболеваний в разных территориях Красноярского края.

Важнейшие публикации:

1. Ноженкова Л. Ф.
   Гибридные информационные технологии: направления развития и применения // Вестник КрасГУ. — 2004. — Вып. 3. — С. 99–107.

2. Исаева О. С.
   Применение модели нечеткого вывода для построения агрегированных медико-демографических показателей // Вестник КрасГУ. — 2004. — Вып. 3. — С. 44-52.

3. Здоровье населения и здравоохранение Красноярского края на рубеже веков / Агаханова Г. А., Виноградов К. А., Корчагин Е. Е., Ноженкова Л. Ф., Шнайдер И. А.
   — Красноярск: ГУП ПИК «ОФСЕТ». — 2001. — 192 с.

Номер научного направления ОИТВС: 3

Авторы научного результата:
Ноженкова Л. Ф., зам. директора по науке, д.т.н.,
Никитина М. И., н.с., к.т.н.; Ишенин П. П., аспирант;
Вайнштейн Ю. В., инженер; Жучков Д. В., м.н.с., к.т.н.
Тел.: 90–79–54, e-mail

Предложен подход к реализации аналитических методов в OLAP-технологии (On-Line Analytical Processing — оперативная аналитическая обработка) в виде комплексов многомерных OLAP-моделей, связанных между собой по отношению информационной зависимости. Разработаны алгоритмы декомпозиции задач и программное обеспечение для построения комплексов OLAP-моделей, включая поддержку модификации моделей для выполнения аналитического эксперимента. Разработаны средства взаимодействия OLAP-инструментария и хранилищ данных, обеспечивающие поддержку связных многошаговых аналитических расчётов для комплексов аналитических OLAP-моделей. Особенностью многошагового многомерного моделирования является возможность оперативного совершенствования аналитических методов за счет замены, коррекции моделей и решения дополнительных задач.

Рис. 1. Применение комплексов OLAP-моделей в здравоохранении.

Предложенный подход позволил формализовать описание этапов и методов анализа и планирования медицинской помощи в задачах здравоохранения (рис. 1). Впервые выполнено построение комплексов OLAP-моделей для формирования территориальных программ государственных гарантий оказания населению бесплатной медицинской помощи, определения нормативов финансирования медицинских услуг и анализа показателей деятельности медицинских учреждений.

Важнейшие публикации:

1. Виноградов К. А., Корчагин Е. Е., Никитина М. И., Л. Ф. Ноженкова
   . Информационные технологии в управлении региональным здравоохранением / Красноярск.: КМИАЦ, 2004. — 312 с.

2. Виноградов К. А., Никитина М. И.
   Формирование информационной системы регионального здравоохранения // Врач и информационные технологии. — 2004. — № 2. — С. 10-12.

3. Вайнштейн Ю. В.
   Планирование медицинской помощи с применением аналитических OLAP-моделей // Вестник Томского государственного университета. Серия «Математика. Кибернетика. Информатика». — Приложение № 8470, 9(II). — Томск: ТГУ, 2004. — С. 16-22.

4. Никитина М. И., Ноженкова Л. Ф.
   Средства OLAP-анализа и аналитическая поддержка процессов управления / Тр.III межрегион. конф. «Информационные технологии и решения для «Электронной России"". Часть 1. — Ханты-Мансийск: Администрация Губернатора ХМАО, 2004. — С. 57-60.

5. Жучков Д. В., Ишенин П. П., Никитина М. И.
   Применение встроенного языка программирования в системе управления хранилищем данных // Вестник Красноярского гос. ун-та. — 2004. — № 3. — С. 35-39.