Математическое моделирование движения летательных аппаратов мультироторного типа

The problem of determining the features and setting the problem of mathematical modeling of multirotor aircraft (LA) is considered. Differences of their mathematical models from the classical mathematical models of aircraft and single-rotor helicopter type aircraft are considered. The analysis and substantiation of the forces and moments acting on a multirotor aircraft are carried out, taking into account the peculiarities of considering the corresponding coordinate systems necessary for studying the spatial motion of the aircraft. The problem of controlling the trajectory motion of an aircraft is formulated taking into account the rotation of its structure around the center of mass. Based on the consideration of the structural diagram of one of the most common four-rotor aircraft (quadcopter), a scheme for creating control forces and moments acting on the aircraft, under the influence of which the aircraft’s trajectory in space changes, is substantiated. The main mathematical dependences characterizing the kinematics of the motion of a multi-rotor aircraft are given. On the basis of the analysis carried out, a generalized block diagram of the control process for such an aircraft is substantiated and presented. To test the performance and adequacy of the mathematical model, a study was made of the movement of a quadrocopter in a vertical plane between given points in space in accordance with the law of forced control, which ensures the movement of an aircraft in space with maximum speed. The computer simulation of the obtained analytically mathematical dependences showed that this approach is applicable to the construction of mathematical models of the motion of multirotor type aircraft of various design layouts.Рассматривается задача определения особенностей и постановки задачи математического моделирования летательных аппаратов (ЛА) мультироторного типа. Рассматривваются отличия их математических моделей от классических математических моделей ЛА самолетного и одновинтового вертолетного типа. Проводится анализ и обоснование действующих на мультироторный ЛА сил и моментов, с учетом особенностей рассмотрения соответствующих систем координат, необходимых для исследования пространственного движения ЛА. Сформулирована задача управления траекторным движением ЛА с учетом вращения его конструкции вокруг центра масс. На основе рассмотрения конструктивной схемы одного из наиболее распространенных четырехвинтового ЛА (квадрокоптера) обоснована схема создания управляющий сил и моментов, действующих на ЛА, под действием которых изменяется траектория движения ЛА в пространстве. Приведены основные математические зависимости, характеризующие кинематику движения ЛА мультироторного типа. На основе проведенного анализа обоснована и приведена обобщенная структурная схема процесса управления таким ЛА. Для проверки работоспособности и адекватности математической модели проведено исследование перемещения квадрокоптера в вертикальной плоскости между заданными точками пространства в соответствии с законом форсированного управления, обеспечивающим перемещение ЛА в пространстве с максимальным быстродействием. Проведенное компьютерное моделирование полученных аналитически математических зависимостей показало, что данный подход применим для построения математических моделей движения ЛА мультироторного типа различной конструктивной компоновки

Методика коллективной фиксации местоположения наблюдаемых чрезвычайных ситуаций методом прямой засечки на основе мобильного телекомуникационного приложения с картографическим интерфейсом

In modern higher education, it is required not only to prepare students to perform work on finished tasks in the subject area they have studied. It is also necessary to prepare students for independent activities, in which students do not work on ready-made tasks, but, on the contrary, are looking for niches in business, in which they themselves can offer in the subject area they have mastered, business-demanded solutions. This is another area of activity, which also requires development while studying at a university. It can be defined as "entrepreneurial competencies of a student." In recent years, the direction "Startup as a Diploma" has been developing, in which a university graduate protects not conditional academic work, but a real technological project with business prospects, to which the students developing it have ownership rights. The creation and maintenance of such projects changes the relationship between student and teacher, for this activity it is necessary to change the traditional teaching methodology. As a task of teachers, we decided to do the following: Find a subject area related to IT development, in which, due to recent achievements, there are opportunities for fast, technically not very complex technological solutions available to students, with the help of which you can create popular solutions. The work proposes an open source software development project, within which students can, performing tasks that are feasible for themselves, create software applications that are in demand in practice, as well as develop development strategies for related business projects. The project is dedicated to solving the problem of determining the coordinates of observed objects and phenomena based on data entered simultaneously by several users in different places using household mobile devices without using special technological equipment such as theodolites or tacheometers. The authors developed a mobile application, the value of which lies in the fact that in the public field allows you to realize the monitoring potential of the population interested in preventing unwanted or dangerous events and preventing emergency situations; professional allows you to assess the quality of the navigation signal in conditions of possible targeted interference; in the educational aspect organize training in the methods of joint fixation of objects and target designation on educational geopolygons. Currently, the project is being developed by students of the Department of Data Analysis and Machine Learning of the Financial University under the Government of the Russian Federation and the Moscow State University of Geodesy and Cartography. This paper presents a description of the project, the proposed solution architecture. References to source code repositories are given. The results of the pilot versions of the software are given.В современном ВУЗовском обучении требуется не только готовить студентов к выполнению работ по готовым заданиям в изученной ими предметной области. Также нужна подготовка студентов к самостоятельной деятельности, в которой студенты не работают по готовым заданиям, а, наоборот, ищут ниши в бизнесе, в которых они сами могут предложить в освоенной ими предметной области востребованные бизнесом решения. Это – другая сфера деятельности специалистов, которая тоже требует развития во время обучения в ВУЗе. Ее можно определить как «предпринимательские компетенции студента». В последние несколько лет в ВУЗовском обучении даже появилось направление«Стартап как диплом», в рамках которого выпускник университета защищает не условную учебную работу, а реальный технологический проект, имеющий бизнес-перспективы, на который у развивающих его студентов есть права собственности. Создание и ведение таких проектов изменяет отношения студента и преподавателя, для этой деятельности надо изменять традиционную методологию обучения.В качестве задачи преподавателей мы решили сделать следующее:Найти связанную с IT-разработкой предметную область, в которой за счет достижений последнего времени появились возможности быстрых, технически не очень сложных технологических решений, доступных студентам, при помощи которых можно создавать востребованные решения.В работе предложен проект разработки программного обеспечения с открытым исходным кодом, в рамках которого студенты могут, выполняя посильные для себя задачи, создавать востребованные на практике программные приложения, а также разрабатывать стратегии развития связанных с ними бизнес-проектов. Проект посвящен решению задачи нахождения координат различных объектов и явлений, наблюдаемых на открытой местности путем обработки данных, вводимых одновременно несколькими находящимися в разных местах пользователями при помощи бытовых мобильных устройств без использования специального технологического оборудования типа теодолитов или тахеометров.В настоящее время проект разрабатывают студенты Департамента анализа данных и машинного обучения Финансового университета при правительстве РФ и Московского государственного университета геодезии и картографии.В работе представлены описание проекта, кейсы работы с системой, предлагаемая архитектура решения. Даны ссылки на репозитории исходного кода. Приведены результаты работы пилотных версий программного обеспечения

МКЭ-анализ эффективности бионической исторической консоли в качестве колонны крупногабаритного станка

Concept of machine tool’s column in the appearance of vertical bionic console is proposed. Console was 3D-transformed from the shape of legacy oak-like structure – Eddystone lighthouse. It is proposed to create the variable-section column with “layer-by-layer” technics from the polymer concrete.FEA shows high stiffness of the column. It increases from 1500 to 11000 N/μm from top to bottom along vertical guideways. Such stiffness needs only 19.3 ton of concrete for the instance of 4.5 m height’s column. FEMmodelling pointed out rather high eigenmode’s frequencies (˃49 Hz). FRF is appropriate for pre-resonance heavy cutting as for post-resonance finishing. Proposed bionic-shape column is perspective as for stand-alone variant so for portal composition created by two opposite columns.Предложена концепция станочной колонны в виде вертикальной бионической консоли. Консоль получена виртуальной 3D-трансформацией древоподобной башни исторического маяка Эдистон. Колонну предложено создавать из полимербетона с послойным формированием переменного сечения.МКЭ-анализ показал высокую жесткость колонны (от ~1500 до ~11000 Н/мкм сверху вниз). Такая жесткость достигнута для высоты колонны в 4,5 м при массе бетона только 19,3 т. МКЭ-моделирование указывает, что резонансы колонны располагаются высоко (˃49 Гц). АЧХ благоприятна для силового резания на дорезонансых частотах и для чистовой зарезонансной обработки. Возможно использование как уединенной бионической колонны, так и создание из двух оппозитно размещенных колонн портала с динамической траверсой

Использование GPS-данных для расчета экологического воздействия дорожного транспорта на экосистему симбиотических мегаполисов

The article analyzes the various models used to assess the environmental impact of transport on the ecosystem of cities, developed a software product for automating the methodology for calculating emissions from road transport based on those developed at the Belarusian National Technical University using GPS tracks. Some results of the application of the methodology for assessing environmental losses in road traffic in cities are given with the application to the geomap of a specific section of the road network. Recommendations are given for further improvement of the proposed methodology for assessing environmental losses from transport in the city’s ecosystem. Выполнен анализ различных используемых моделей по оценке экологического воздействия  транспорта на экосистему городов, разработан программный  продукт  для  автоматизации  методики расчетов выбросов от автомобильного транспорта на базе разработанных в Белорусском национальном техническом университете с использованием GPS-треков. Приведены результаты применения методики для оценки экологических потерь в дорожном движении в городах с наложением на геокарту конкретного участка дорожной сети. Даны рекомендации по дальнейшему совершенствованию предлагаемой методики оценки экологических потерь от транспорта в экосистеме города

Регистрация дерматоскопических изображений новообразований кожи и выявление структурных отличий

The paper considers the application of an algorithm based on a morphological projector for determining structural differences for comparing dermoscopic images. This will allow to identify changes that have occurred in skin lesions over time, for a more accurate diagnosis of their malignancy. The proposed algorithm makes it possible to detect differences in images even if there is a significant difference in the brightness and color levels of the compared images, and also ignores small insignificant details, such as noise, dermatoscope optics marks, hair, etc. A method for correcting the desynchronization of images using the structural similarity index as a similarity metric, and the sinecosine algorithm as an optimization algorithm is proposed. The proposed algorithms were tested on dermatoscopic images and the possibility of their application was demonstrated.Рассмотрено применение алгоритма определения структурных различий на основе морфологического проектора для сравнения дерматоскопических изображений. Это позволит выявлять изменения, произошедшие в новообразованиях кожи с течением времени, для более точной диагностики их злокачественности. Предлагаемый алгоритм позволяет выявить различия в изображениях при наличии существенной разницы в яркости и цветовой гамме сравниваемых изображений, а также не учитывать мелкие несущественные детали, такие, как шум, метки оптики дерматоскопа, волосы и т.д.Также рассмотрена методика корректировки рассинхронизации полученных в разное время изображений, использующая индекс структурного сходства в качестве метрики подобия, и алгоритм синусов-косинусов в качестве оптимизационного. Проведено тестирование предлагаемых алгоритмов на дерматоскопических изображениях и продемонстрирован возможность их применения

Огибание препятствий при перемещении мобильного робота

The issues of modeling when navigating around obstacles of a mobile robot using machine learning methods are considered: Q-learning, SARSA algorithm, deep Q-learning and double deep Q-learning. The developed software includes the Mobile Robotics Simulation Toolbox, Reinforcement Learning Toolbox, and the Gazebo visualization package for environment simulation. The results of the computational experiment show that for a simulated environment with a size of 17 by 17 cells and an obstacle 12 cells long, training using the SARSA algorithm occurs with better performance than for the others.An algorithm for avoiding obstacles without the use of machine learning is proposed, and it was shown that the speed of avoiding obstacles using this algorithm is higher than the learning speed using deep Q-learning and double deep Q-learning, but lower than using the SARSA and Q-learning algorithms. . For the proposed algorithm, a numerical experiment was carried out using the robot movement simulation environment in Gazebo 11 and it was shown that cubic obstacles are being avoided faster than cylindrical ones.Рассмотрены вопросы моделирования при навигации с огибанием препятствий мобильного робота с использованием методов машинного обучения: Q-обучения, алгоритма SARSA, глубокого Q-обучения и двойного глубокого Q-обучения. Разработанное программное обеспечение включает средства Mobile Robotics Simulation Toolbox, Reinforcement Learning Toolbox и пакет визуализации Gazebo для моделирования среды. Результаты вычислительного эксперимента показывают, что для моделируемой среды размером 17 на 17 клеток и препятствия длиной в 12 клеток обучение при использовании алгоритма SARSA происходит с лучшей производительностью, чем для остальных.Предложен алгоритм огибания препятствий с исключением методов машинного обучения, и показано, что скорость огибания препятствий роботом с использования данного алгоритма выше, чем скорость обучения при применении глубокого Q-обучения и двойного глубокого Q-обучения, но ниже, чем с использованием алгоритмов SARSA и Q-обучения. Для предложенного алгоритма проведен вычислительный эксперимент с использованием среды моделирования движения робота. В пакете визуализации Gazebo 11 показано, что препятствия кубической формы огибаются быстрее, чем цилиндрической

Итерационная реконструкция медицинских фантомов на вычислительном кластере EAGLE

Now one of the most important tasks is development and adaptation of iterative methods for the solution of the superbig rarefied systems of the algebraic equations. The problem of iterative parallel reconstruction of three-dimensional images of industrial facilities leads to such computing tasks. The fact that iterative methods of the solution of computing problems of big dimension are implemented on parallel structures much more effectively, than direct methods of their decision is important.В настоящее время одной из наиболее важных задач является разработка и адаптация итерационных методов для решения сверхбольших разреженных систем алгебраических уравнений. К таким вычислительным задачам приводит задача итерационной параллельной реконструкции трехмерных изображений промышленных объектов. Важным является то, что итерационные методы решения вычислительных задач большой размерности реализуются на параллельных структурах намного более эффективно, чем прямые методы их решения

Об инвариантности цифрового описания рукописной подписи

The article presents results of our experiments carried out to study the invariance of the digital description of the image of a handwritten signature presented on paper. The description is built on the basis of a normalized image of the signature, digitized in the visible range of the electromagnetic spectrum by a scanner, with subsequent calculation of the distribution of its local features. The variability of this representation of the signature under different conditions simulating a change in its color, orientation on paper, line thickness and dimensions has been experimentally studied. It is shown that the digital description of the handwritten signature image, previously proposed by the authors, is sufficiently invariant with respect to the listed conditions for its execution to perform the off-line signature verification procedure. В статье представлены результаты экспериментов, выполненных с целью исследования инвариантности цифрового описания изображения рукописной подписи, представленной на бумажном носителе. Описание строится на базе нормализованного изображения подписи, оцифрованного в видимом диапазоне электромагнитного спектра сканером, с последующим вычислением распределения ее локальных особенностей. Экспериментально исследована изменчивость данного представления подписи относительно разных условий, имитирующих изменение ее цвета, ориентации на бумаге, толщины линии и размеров. Показано, что цифровое описание изображения рукописной подписи, ранее предложенное авторами, достаточно инвариантно относительно перечисленных условий ее исполнения для выполнения процедуры верификации рукописной подписи

Optimizing the performance of a server-based classification for a large business document flow

The document categorization problem in the case of a large business document flow is considered. Textual and visual embeddings were employed for classification. Textual embeddings were extracted via OCR Tesseract. The Viola and Jones method was applied to generate visual embeddings. This paper describes the performance optimization technology for the implemented classification algorithm. Servers with Intel CPUs were used for the algorithm execution. For single-threaded implementation, high-level and low-level optimizations were performed. High-level optimization was based on the parametrization of the recognition algorithms and the employment of intermediate data. Low-level optimization was carried out via compiler tools allowing for an extended set of SIMD instructions. The implementation of parallelization with several multithreaded applications on multiple servers was also described. The proposed solution was tested using own test data sets of business documents. The proposed method can be applied in modern information systems to analyze the content of a large flow of digital document images.

Цифровая схема анализа дребезга контактов коммутаторов

This article discusses the issue of studying the parameters of the bounce of electrical contacts of switches in digital systems. Digital circuits of bounce analyzer are described. The results of experimental studies of the behavior of electrical contacts of various buttons and switches are presented. It is shown that various electric switches have random and unique characteristics, which can be used to solve the problems of random numbers generating, identifying of digital devices and user’s authentication. Prototyping of the proposed circuits was carried out on Digilent ZYBO Z7-10 debug boards, digital circuits were designed in VHDL for the Xilinx Zynq-7000 FPGA chip.В статье рассматривается вопрос исследования параметров дребезга электрических контактов коммутаторов цифровых систем. Предлагается схемотехническое решение для построения цифрового анализатора дребезга контактов. Приводятся результаты экспериментальных исследований поведения электрических контактов различных кнопок и переключателей. Показано, что различные электрические коммутаторы обладают случайными и уникальными характеристиками, что может быть использовано для решения задач генерирования случайных чисел, идентификации цифровых устройств и аутентификации пользователей. Прототипирование разработанного анализатора проводилось на отладочных платах Digilent ZYBO Z7-10, цифровые схемы проектировались на языке VHDL для кристалла FPGA Xilinx Zynq-7000