Виртуальный полигон для исследования морских объектов в экстремальных условиях эксплуатации
Скачать 248.3 Kb.
|
На правах рукописи Безгодов Алексей Алексеевич ВИРТУАЛЬНЫЙ ПОЛИГОН ДЛЯ исследования морских объектов в экстремальных условиях эксплуатации Специальность 05.13.18 — Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Санкт-Петербург — 2011 Р  абота выполнена на кафедре Информационных Систем в Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптикиНаучный руководитель: доктор технических наук Бухановский А.В. Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Якобовский М.В. доктор технических наук, профессор Палташев Т.Т. Ведущая организация: Московский физико-технический институт (государственный университет) Защита состоится 6 июля 2011 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.227.06 в СПбГУ ИТМО по адресу: 197101, г. Санкт-Петербург, Кронверкский пр., д. 49. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. Автореферат разослан 6 июня 2011 г. Ученый секретарь диссертационного совета Лисицына Л.С. доктор технических наук, профессор ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Возможности изучения поведения сложных технических систем в экстремальных ситуациях экспериментальными методами существенно ограничены. Потому в настоящее время для этих целей активно применяется компьютерный эксперимент в реальном времени. Для интерпретации его результатов привлекаются технологии виртуальной реальности (ВР), обеспечивающие «погружение» исследователя в моделируемое явление с возможностью всестороннего наблюдения и анализа воспроизводимых закономерностей реального мира. В свою очередь, это стимулирует развитие нового класса проблемно-ориентированных программных комплексов для проведения вычислительного эксперимента — виртуальных полигонов (ВП) для поддержки принятия решений в различных областях науки и промышленности1. Процесс проектирования и разработки ВП требует совокупного учета особенностей методов компьютерного моделирования в конкретной предметной области и соответствующих возможностей технологий ВР, включая специфику аппаратной реализации. Это достигается путем адаптации математических моделей для формирования предметно-зависимых визуальных динамических сцен с высоким уровнем реалистичности и достоверности. В отечественной науке существенный вклад в развитие теоретических основ и практических решений в области технологий виртуальных полигонов внесен научными школами С.В. Клименко, Н.Н. Шаброва, М.В. Якобовского, Ю.М. Баяковского, М.В. Михайлюка, и ряда других исследователей. Технологии ВП наиболее востребованы в направлениях, где проведение полномасштабных экспериментов экономически невыгодно или связано с существенными рисками. К таким областям, в частности, относится проектирование судов и технических средств освоения океана с повышенными требованиями к безопасности мореплавания, что требует изучения их поведения в разного рода аварийных ситуациях. Несмотря на то, что развитие аварийной ситуации является сложным многовариантным процессом, ретроспективный анализ известных инцидентов позволяет выделить условия, способствующие их возникновению, например, параметрические резонансы разной природы, потеря управляемости на гребне волны, захват судна волной (брочинг). В свою очередь, развитие каждой из вышеперечисленных ситуаций может усложняться за счет внутренних факторов (смещение навалочного груза, затопление отсеков, интенсивное обледенение и пр.). Как следствие, разнообразие и неоднозначность влияния экстремальных условий эксплуатации ограничивает возможности постановки экспериментов в опытовых бассейнах, и требует развития соответствующих проблемно-ориентированных программных комплексов на основе технологии ВП, что и определяет актуальность темы диссертации. Предметом исследования является технология создания ВП применительно к задачам исследовательского проектирования морских объектов (МО) — судов и средств освоения океана. Целью работы является развитие методов формирования предметно-ориентированных динамических сцен на основе компьютерного моделирования экстремальной динамики МО под воздействием нерегулярных внешних возмущений и разработка на их основе соответствующего математического и программного обеспечения ВП. Задачи исследования. Достижение поставленной цели подразумевает решение следующих задач:
Методы исследования включают в себя методы вычислительной гидромеханики, теории вероятностей, математической статистики и имитационного моделирования, анализа алгоритмов и программ, обработки изображений и научной визуализации. Научную новизну результатов работы определяют:
Практическую ценность работы составляют:
На защиту выносятся:
Достоверность научных результатов и выводов обеспечивается строгостью наложенных ограничений предметной области, валидацией результатов моделирования путем сопоставления с классическими моделями корабельной гидродинамики, исследовательскими испытаниями работоспособности программно-аппаратного комплекса ВП на инфраструктуре ЦСМВ СПбГУ ИТМО, а также воспроизводимостью ряда нелинейных эффектов экстремальной динамики судна в ходе компьютерного эксперимента. Внедрение результатов работы. Результаты работы нашли свое применение при выполнении проектов «Интеллектуальная система навигации и управления морским динамическим объектом в экстремальных условиях эксплуатации», «Интеллектуальные технологии поддержки процессов исследовательского проектирования судов и технических средств освоения океана», «Высокопроизводительный программный комплекс моделирования динамики корабля в экстремальных условиях эксплуатации», «Инструментальная технологическая среда для создания распределенных интеллектуальных систем управления сложными динамическими объектами» в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 – 2013 годы, «Распределенные экстренные вычисления для поддержки принятия решений в критических ситуациях» в рамках реализации постановления Правительства РФ № 220 «О мерах по привлечению ведущих учёных в российские образовательные учреждения высшего профессионального образования», «Создание распределенной вычислительной среды на базе облачной архитектуры для построения и эксплуатации высокопроизводительных композитных приложений» в рамках реализации постановления Правительства РФ № 218 «О мерах государственной поддержки развития кооперации российских высших учебных заведений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства». Результаты работ внедрены в производственную деятельность ЗАО «Фирма "АйТи". Информационные технологии». Апробация работы. Изложенные в диссертации результаты обсуждались на восьми международных и всероссийских научных конференциях, семинарах и совещаниях, включая Всероссийскую научно-техническую конференцию «Интеллектуальные и информационные системы» (2009 г., Тула); IX и X ежегодные Международные конференции «Высокопроизводительные параллельные вычисления на кластерных системах» (2009 г., Владимир; 2010 г., Пермь); XVII Всероссийскую научно-методическую конференцию «Телематика 2010» (2010 г., Санкт-Петербург); V, VII Межвузовские конференции молодых ученых (2008 г., 2010 г., Санкт-Петербург); Всероссийскую конференцию «Технологии Microsoft в теории и практике программирования» (2010 г., Нижний Новгород), IV Международную конференцию по информатике MEDIAS (2011 г., Лимасол, Кипр). Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ (из них 4 — в изданиях из перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, рекомендованных ВАК РФ). Личный вклад автора в работах, выполненных в соавторстве, заключался в выполнении аналитического обзора в проблемной области диссертационной работы, адаптации метода моделирования динамики судна на нерегулярном волнении к задаче формирования динамических сцен, проектировании, разработке и развертывании виртуального полигона, а также проведении серии экспериментов по воспроизведению таких экстремальных явлений, как основной и параметрический резонанс и брочинг. В диссертацию включены результаты, соответствующие личному участию автора. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы (99 наименований). Содержит 126 с. текста, включая 45 рис. и 1 табл. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Тема: «Виртуальный полигон для исследования морских объектов в экстремальных... Способствуйте повышению самооценки ребенка, чаще хвалите его, но так, чтобы он знал за что | | Теоретические и практические основы материаловедения и технологии... Целью изучения дисциплины является формирование у будущих специалистов необходимого комплекса знаний, умений и навыков в области... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Поэтому многие виды астрофизических объектов выступают в роли уникальной физической лаборатории, предоставляющей возможности для... | | Методика дефектации корпусов морских транспортных судов общие положения Настоящая Методика предназначена для использования при освидетельствованиях и дефектации корпусов морских транспортных судов длиной... |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Нения боевой задачи в условиях применения противником оружия массового поражения (омп), а также в условиях воздействия неблагоприятных... | | Требования пожарной безопасности при эксплуатации объектов защиты Требования пожарной безопасности при эксплуатации (применении) объектов защиты устанавливаются в соответствии с настоящим техническим... |
| Программа профессионального модуля пм. 04 «Организация видов работ... Организация видов работ при эксплуатации и реконструкции строительных объектов» разработана на основе федерального государственного... | | Ирина и Алексей Гостевы полигон Поэтому не удивляйтесь, если встретите в тексте уже знакомых вам персонажей и события. "Полигон" начинается с приключений новых персонажей... |
| «О научно-техническом сопровождении при эксплуатации морских портов»... Код и наименование специальности по Перечню направлений подготовки (специальностей) 020300 | | Реферат Тема: применение электронной микроскопии в микробиологии... Электронная микроскопия – метод морфологического исследования объектов с помощью потока электронов, позволяющих изучить структуру... |
| Научно-исследовательская работа Экспедиционные изыскания по Сахалинской... Разработка вычислительных моделей и информационно-аналитических программных комплексов для решения задач мониторинга и контроля состояния... | | Руководство по эксплуатации нижний Новгород Руководство по эксплуатации (РЭ) предназначено для ознакомления с конструкцией, порядком монтажа подготовкой к работе, включением... |
 | V-я Международная научно-практическая конференция психологическая... Гбоу впо «тихоокеанский государственный медицинский университет» Минздрава России | | Учебно-методический комплекс фтд. 05 Реабилитация людей, оказавшихся в экстремальной ситуации Целью курса является изучение особенностей психической деятельности человека в экстремальных условиях военных действий для оптимизации... |
| Синтез астатических законов управления с неполной обратной связью для морских подвижных объектов Важным требованием к системе управления является наличие астатизма по регулируемой координате. В работе представлен алгоритм построения... | | Программа восьмого Международного научно-практического конгресса... Резервный день для прохождения гиа в новой форме в 9 классе по математике, истории России, биологии, физике |
