Отчет ИВМ СО РАН за 2006 год

Федеральные программы

• Федеральная целевая научно-техническая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2002–2006 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 2002–2006 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

Исследования по гранту проводились по четырем научным направлениям.

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

Выполнено исследование и развитие технологических подходов и средств хранения и оперативной аналитической обработки данных в технологии OLAP (OnLine Analytical Processing) для решения задач территориального управления. Разработано программное обеспечение хранилищ данных для автоматизации хранения и обработки больших объемов информации. Реализован новый подход в OLAP-технологии, ориентированный на решение сложных аналитических задач, использующих связные многошаговые расчеты с множеством информационных объектов, представленных многомерными кубами данных. Разработаны языковые, алгоритмические и программные средства, обеспечивающие реализацию сложных аналитических расчётов путем создания комплексов OLAP-моделей, наследующих данные.

Предложен подход к разработке средств автоматизации пользовательского интерфейса OLAP-системы, основанный на использовании формального представления аналитической модели. Предложен формальный подход к описанию существующих OLAP-компонентов через входящие и исходящие информационные потоки и способ их композиции путем построения графа взаимосвязей с добавлением потоков управления на основе модели системных процессов исследуемой предметной области. Предложенный подход позволяет создавать специализированные OLAP-приложения на основе универсального ядра. Выполнена интеграция средств геоинформационного моделирования и технологий оперативной аналитической обработки данных OLAP. Созданы методы динамической связи картографических объектов с многомерными данными OLAP-системы. Для повышения оперативности работы с изменяющимися пространственно-распределенными данными разработаны принципы динамического формирования картографических слоев.

Направление 2. Решение прикладных задач территориального управления.

Выполнено проектирование и построены специализированные хранилища данных для решения задач регионального управления. Для задач социально-экономического мониторинга с учетом особенностей территориальных данных и специфики аналитической обработки разработана модель данных, определена структура размещения информации в специализированном хранилище. Построено специализированное хранилище, разработаны алгоритмические и программные средства для построения OLAP-моделей и оперативного анализа медико-демографических процессов. Разработаны методы оценки качества многомерных данных, обеспечивающие наглядность и достоверность результатов анализа за счет эффективного использования внутренней структуры информации, эмпирических и статистических подходов. При построении алгоритмов анализа обеспечивается корректная работа с многомерным концептуальным представлением данных, включая поддержку множественных (несбалансированных) иерархий измерений, разреженность данных. Для повышения оперативности решения задач территориального управления, качества и обоснованности принимаемых решений были созданы методы оперативного геомоделирования. Апробация методов выполнена на примере задачи картографической визуализации данных для моделирования сети медицинских учреждений края.

Направление 3. Развитие средств телекоммуникаций и информационных ресурсов.

Выполнено исследование проблем информационной безопасности в региональных научно-образовательных компьютерных сетях. Выявлены особенности корпоративных сетей учебных и научных учреждений, которые являются существенными при построении системы безопасности, а также угроз информационной безопасности (в соответствии с классификацией, построенной по уровням модели организации взаимодействия открытых систем OSI). Результатом работы стали рекомендации по снижению уровня информационной опасности и практические требования к подготовке специалистов — разработчиков веб-приложений и системных администраторов. Выполнено проектирование и создание распределённых информационных ресурсов и сводных каталогов. Решение включало объединение баз данных (в том числе находящихся на разных серверах) в логические группы для параллельной обработки поисковыми запросами. Это позволило включить все информационные ресурсы города Красноярска, публикуемые с помощью протоколов Z39.50, в единое информационное пространство. Создано методическое и программное обеспечение для построения Интернет-систем с использованием технологии объектно-ориентированного проектирования. Разработана методика подготовки единой картографической основы для многопользовательских систем анализа и интерактивного моделирования состояния природных объектов и ресурсов территорий. Разработанные технологии позволили создать комплексные цифровые модели природных территорий (заповедники «Столбы» и «Центральносибирский») и систему мониторинга качества водных ресурсов на примере анализа водно-солевого режима речной сети. Созданы технологии актуализации существующих цифровых моделей природных территорий с помощью позиционированных фотографий — обзорных изображений космических снимков высокого разрешения (Landsat, Ikonos и QuickBird). Предложен метод организации многоуровневого хранилища спутниковых снимков высокого разрешения с развитыми средствами доступа к данным.

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

Исследования по данной теме включали работы по интеллектуальному анализу данных и построению систем поддержки принятия решений для задач территориального управления. Разработаны методические и алгоритмические средства построения нелинейных непараметрических коллективов решающих правил в задачах восстановления стохастических зависимостей, обеспечивающих эффективное использование информации неоднородных обучающих выборок большой размерности. Исследованы статистические оценки показателей эффективности решающих правил и предложена методика их оптимизации. В рамках работ по анализу тенденций изменения климатических параметров для территории Сибири разработан комплекс программ, позволяющий создавать карты и диаграммы, демонстрирующие сходство и различие в тенденциях изменения климатических параметров для территории Сибири. Продолжено исследование влияния ГЭС на климат различных городов Сибири. В рамках работ, связанных с анализом и предупреждением чрезвычайных ситуаций, были выполнены проектирование и построение гибридной продукционно-фреймовой модели знаний, позволяющей управлять компонентами программной среды. Модель позволяет не только формировать прогноз развития ЧС на основе численного и картографического моделирования, но и строить рекомендации по формированию управленческих решений, в том числе путем подбора аналогий из базы прецедентов. Разработан гибридный подход, позволяющий объединить модули, работающие с базами данных, с картографическими ресурсами, а также модули, реализующие математические модели. Продолжены работы по исследованию возможностей применения аппарата нечеткой логики в системах поддержки принятия решений. Особенностью задачи поддержки принятия решений в области прогнозирования и предотвращения чрезвычайных ситуаций является сравнительно небольшое количество данных по имевшим место прецедентам и их недостаточно объективный характер. Применение качественных оценок позволит строить логический вывод и прогноз на основе данных многолетних наблюдений или по банку прецедентов.

Основные публикации (по направлениям).

По направлению 1:

1. Жучков Д. В.
   Автоматизация обработки больших массивов данных // Открытое образование (Приложение). — Красноярск: ООО «Экспресс-Офсет». — 2006. — С. 56-62.

2. Кочетков С. Н.
   Использование формального представления OLAP-модели для реализации формульного интерфейса в аналитической системе // Открытое образование (Приложение). — Красноярск: ООО «Экспресс-Офсет». — 2006. — С. 98–101.

3. Евсюков А. А.
   Динамическое формирование картографических слоев на основе OLAP // Материалы конф. молодых ученых ИВМ СО РАН. — Красноярск: ИВМ СО РАН. — 2006. — С. 18-21.

4. Коробко А. В.
   Информационно-аналитическая поддержка задач охраны матери и ребенка на основе построения OLAP-приложений: Автореф. дис. : канд. техн. наук. — Красноярск: КГТУ. — 2006. — 20 с.

По направлению 2:

1. Ноженкова Л. Ф.
   «Электронный Красноярск» и технологии XXI века // Открытое образование (Приложение). — Красноярск: ООО «Экспресс-Офсет». — 2006. — С. 161–170.

2. Пенькова Т. Г., Шалдыбина К. В.
   Структурирование данных для мониторинга социально-экономического развития региона // Открытое образование (Приложение). — Красноярск: ООО «Экспресс-Офсет». — 2006. — С. 171–174.

3. Исаева О. С., Шалдыбина К. В.
   Технологические особенности оперативного анализа медико-демографических данных // Вестник ТГУ (Приложение). — 2006. — № 18. — С. 169–174.

4. Евсюков А. А., Ноженкова Л. Ф.
   Оперативное геомоделирование сети медицинских учреждений // Вестник КрасГАУ. — 2006. — № 13. — С. 114–118.

По направлению 3:

1. Исаев С. В., Малышев А. В.
   Проблемы обеспечения комплексной информационной безопасности в научно-образовательных компьютерных сетях // Вестник КрасГУ. «Физико-математические науки». — 2006. — № 1. — С. 222–226.

2. Кононов Д. Д., Исаев С. В.
   Обеспечение безопасности веб-приложений на примере веб-сервера ИВМ СО РАН // Вестник ТГУ (Приложение). — 2006. — № 17. — С. 156–161.

3. Ковязина Е. В.
   Принципиальная основа, функциональные особенности и информационное наполнение библиотечно-информационной сети КНЦ СО РАН // Материалы всерос. конф. «Повышение качества непрерывного профессионального образования». — Красноярск: КГТУ. — 2006. — Ч. 2. — С. 339–343.

4. Кадочников А. А.
   Технологии и программное обеспечение информационно-аналитических систем на основе геоинформационного Интернет-сервера: Автореф. дис. : канд. техн. наук. — Красноярск: ИВМ СО РАН. — 2006. — 20 с.

5. Кадочников А. А., Якубайлик О. Э.
   Формирование хранилища спутниковых снимков высокого разрешения на территорию Красноярского края // Тр. междунар. конф. «Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании». — Павлодар: ТОО НПФ «ЭКО». — 2006. — T. 1. — С. 541–549.

По направлению 4:

1. Лапко В. А.
   Синтез нелинейных непараметрических решающих правил в задачах распознавания образов // Автометрия. — 2006. — Т. 42. — № 6.

2. Шевырногов А. П., Сидько А. Ф., Чернецкий М. Ю., Высоцкая Г. С.
   Анализ динамики отражательной способности хвойных и лиственных древостоев на территории Красноярского края по наземным и спутниковым измерениям // Исследование Земли из космоса. — 2006. — № 2. — С. 71-78.

3. Исаев С. В., Морозов Р. В., Ничепорчук В. В.
   Методы построения систем поддержки принятия решений в чрезвычайных ситуациях // Тр. VII Междунар. симп. «Интеллектуальные системы». — М.: РУСАКИ. — 2006. — С. 321–325.

4. Морозов Р. В.
   Оболочка экспертной системы фреймового типа для формирования решений в чрезвычайных ситуациях // Материалы конф. молодых ученых ИВМ СО РАН. — Красноярск: ИВМ СО РАН. — 2006. — С. 76-78.

5. Исаев С. В., Исаева О. С., Ноженкова Л. Ф.
   Использование нечеткой логики в системах поддержки принятия решений // Материалы II Всерос. конф. «Инфокоммуникационные и вычислительные системы и технологии (ИКВТС-06)». — Улан-Удэ: Бурятский гос. ун-т. — 2006. — Т. 1. — С. 162–168.

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

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

Ответственный исполнитель от ИВМ СО РАН:
д.ф.-м.н., проф. В. К. Андреев

Исследовано автомодельное движение бинарных смесей с общей плоской границей раздела с учетом термокапиллярных и термоконцентрационных сил. Проведен анализ устойчивости неустановившегося движения двух слоев идеальной жидкости, которые имеют внешние свободные границы и общую поверхность раздела (В. К. Андреев).

Проведено исследование устойчивости плоского слоя, когда температура свободной границы и твердой стенки изменяется по периодическому закону, но с разными амплитудами и частотами (Ю. А. Гапоненко).

Найдено положение равновесия в жидкости с учетом внутренних источников тепла, возникающих за счет солнечной радиации через свободную границу. При этом плотность зависит от распределения поля температур и давления по нелинейному закону. Проведено исследование устойчивости этого положения равновесия (В. Б. Бекежанова).

Изучена эволюция двух слоев вязких жидкостей с общей поверхностью раздела. Исследовано влияние эффекта Соре на развитие нестационарных движений в плоском слое, бинарных смесях с границей раздела. Численными и аналитическими методами найдены автомодельные режимы, установлены асимптотики при t → ∞ (А. Е. Картошкина).

Для уравнений конвекции двух бинарных смесей с общей межфазной поверхностью раздела выведены уравнения малых возмущений в линейном приближении. Найдено равновесное состояние смесей в плоских слоях с переменными коэффициентами термодиффузии. Исследована устойчивость этого состояния и для монотонных возмущений определены критические числа Марангони и Соре. Методом ортогонализации решена полная спектральная задача и построены нейтральные кривые устойчивости (М. В. Ефимова).

Проведена групповая классификация уравнений плоского турбулентного пограничного слоя по отношению к турбулентному трению. Построены некоторые новые точные решения (И. В. Степанова).

Основные публикации:

1. Андреев В. К., Гапоненко Ю. А.
   Математическое моделирование конвективных течений // Учеб. пособие. — Красноярск: КрасГУ. — 2006. — 392 с. (Рекомендовано УМС по математике и механике УМО по классическому университетскому образованию Российской Федерации).

2. Андреев В. К., Ефимова М. В.
   Линеаризованная задача конвективного движения бинарной смеси с межфазной границей раздела // Вестник КрасГУ. «Физико-математические науки». — 2006. — № 1. — С. 170–174.

3. Андреев В. К.
   Возникновение проникающей конвекции в озере Байкал // Тр. XXXVII конф. «Проблемы теоретической и прикладной математики». — Екатеринбург: ИММ УрО РАН. — 2006. — С. 161–166.

4. Картошкина А. Е.
   Решение начально-краевой задачи, возникающей при совместном движении двух слоев бинарных смесей // Препринт № 1. — Красноярск: ИВМ СО РАН. — 2006. — 24 с.

(Отдел дифференциальных уравнений механики)