Разработки СО РАН - каталоги программ и БД

Программа предназначена для обработки данных мониторинга качества (загрязнения) атмосферы и анализа данных микроскопии в контексте теории морфогенов в биологии. Программа позволяет по изображениям полей концентраций заданных химических веществ в финальный момент рассматриваемого отрезка времени, а также по временным рядам концентраций в заданных пространственных точках области, оценить стационарную функцию источников для нестационарной двумерной по пространству модели адвекции-диффузии-реакции. Может быть использована в учреждениях науки, университетах и организациях, тематика которых связана с обработкой данных мониторинга и анализа изображений в терминах моделей адвекции-диффузии-реакции.

В основе программы лежит алгоритм решения обратных задач с использованием операторов чувствительности. Оператор чувствительности строится на основе ансамбля решений сопряженных уравнений модели. Программа позволяет, не решая обратную задачу, оценить вероятную эффективность её решения. Программа реализована на С++ и использует библиотеки Eigen, GNU GSL и NetCDF.

На рисунке во вложенном файле представлен пример работы программы в задаче об идентификации источников загрязнений атмосферы по данным изображений полей концентраций. Слева “точное решение”, справа - результат восстановления.

Разработка опубликована:

Penenko, A. Convergence analysis of the adjoint ensemble method in inverse source problems for advection-diffusion-reaction models with image-type measurements // Inverse Problems & Imaging. – 2020. – V. 14. – P. 757-782. doi: 10.3934/ipi.2020035.

Penenko, A.; Zubairova, U.; Mukatova, Z. & Nikolaev, S. Numerical algorithm for morphogen synthesis region identification with indirect image-type measurement data // Journal of Bioinformatics and Computational Biology, – 2019. – 17. – P. 1940002-1-1940002-18 doi: 10.1142/s021972001940002x

Назначение - Моделирование сбора и передачи данных между узлами, размещенными на движущихся объектах транспортной сети (например, данных мониторинга о состоянии окружающей среды).
Область применения - Современные и перспективные сети передачи данных. Мониторинг окружающей среды.
Используемый алгоритм - Рассмотрены алгоритмы широковещательной рассылки сообщений между транспортными средствами с учетом интерференции.

Основные характеристики модели:

•          Построение транспортной сети на заданной пользователем карте. Подложкой может быть карта, взятая из открытых источников.

•          Моделирование динамическое, можно отслеживать дорожную обстановку с помощь настраиваемого модуля симуляции дорожного движения.

•         Тонкая настройка движения как для автомобилей, так и для маршрутного транспорта

•          Получение отчетов по проделанным этапам движения и передачи данных от движущихся узлов.

•          Сохранение и загрузка конфигураций, заданных пользователем.

[1] К. В. Ткачёв, Корсаков С. П., Мишуков В. И. Возможности имитационной модели сбора информации о состоянии атмосферы с помощью датчиков, установленных на общественном транспорте / Тезисы Международной конференции, посвященной 95-летию со дня рождения акад. Г. И. Марчука, Новосибирск, 19-23 октября 2020 , стр.157,DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10361

[2] К. В. Ткачёв Имитационная модель сбора информации о состоянии атмосферы используя технологию VANET / Тезисы Международной конференции, посвященной 95-летию со дня рождения акад. Г. И. Марчука, Новосибирск, 19-23 октября 2020 стр. 156, DOI: 10.24411/9999-017A-2020-10360

Инструментальные средства создания - Программа разработана на платформе Visual Studio, с использованием языка С# и современных библиотек отрисовки различных объектов.

Работа поддержана проектом РФФИ № 19-01-00562 и проектом РФФИ и правительства Новосибирской области № 19-47-540007. 

В прилагаемых файлых - скриншоты работы системы моделирования.

В архиве citymonitoring-master.zip все необходимые для работы системы файлы.

Назначение - поиск оптимальной укладки вторичной сети в первичную сеть для модели гиперсети.
Область применения - анализ и проектирование сетей различного назначения.

Используемый алгоритм - В программе реализован классический алгоритм Флойда и  разработанные авторами и описанные в [1-3]  алгоритмы.  

Среди использованных алгоритмов выделены те, которые не учитывают ограничение на надежность:
Floyd — классический Алгоритм Флойда
Greedy — жадный алгоритм
MetrRand, Metr1, Metr2  — В качестве начального решения берется решение Алгоритма Флойда. С помощью некоторой метрики производится сортировка ветвей первичной сети и оптимизация решения для улучшения. 

Следующие алгоритмы учитывают ограничение на надежность:
MaxProb - алгоритм Флойда ведет поиск самых надежных путей (по вероятности)
AntColony – алгоритм муравьинной колонии
Алгоритм k-кратчайших путей (k-path) - последовательное удаление из путей самых дорогих ветвей позволяет найти более дешевые пути, удовлетворяющие ограничение на надежность
Алгоритм k-кратчайших путей - 2 (k-path 2) -это вариация предыдущего алгоритма, только поиск ведется не от самых надежных путей, а от самых дешевых.
AntColony+ k-path - это алгоритм AntColony, в котором для ненайденных путей, используются пути, найденные алгоритмом k-path.

Функциональные возможности - 

1. генерация первичной сети или загрузка ее из текстового файла
2. укладка вторичной сети в первичную несколькими алгоритмами.

Описание программы:

Программа состоит из формы, в верхней части которой есть 3 вкладки: 

• Graph PS, на которой рисуется первичная сеть
• На вкладке Generate PS представлены поля в котроых задаются парметры для генерации графа первичной сети PS (решетка):
• Вкладка AntColony — позволяет выбрать параметры для Алгоритма AntColony и увидеть промежуточные результаты его работы.

В нижней части формы можно задать параметры вторичной сети WS и выбрать алгоритм.

Кнопка FindWS — запускает один из алгоритмов и справа в текстовом поле показывается решение: стоимость укладки ребер, вероятность существования каждого ребра и вершины по которым оно проходит.

[1]. Попков В.К.,Токтошов Г.Ы., Юргенсон А.Н. Об одном подходе к оптимизации инфраструктуры инженерных сетей // Вестник СибГУТИ. – 2012. Т. 3 — С.11–28.
[2]. Guljigit Toktoshov, Anastasiya Yurgenson, Denis Migov. Design of Utility Network Subject to Reliability Constraint // Proc. of International Multi-Conference on Engineering, Computer and Information Sciences (SIBIRCON), Novosibirsk, Russia, 18-22 Sept. 2017, DOI: 10.1109/SIBIRCON.2017.8109864, P. 172-175
[3]. Токтошов Г.Ы., Юргенсон А.Н., Мигов Д.А. Исследование эффективности применения метода k-кратчайших путей для оптимизации топологии иерархических сетей // Труды XVI международной азиатской школы-семинара «Проблемы оптимизации сложных систем», 25-29 августа 2020 г.- С. 38-42 - DOI: 10.24411/9999-018A-2020-100007

Подробное описание программы в прилагаемом файле.

Инструментальные средства создания -Lazarus (OS Linux).

Разработка программы осуществлялась при финансовой поддержке гранта РФФИ № 18-07-00460.