2010 год


Основные результаты фундаментальных и прикладных исследований за 2010 год

 

3. Вычислительная математика, параллельные и распределенные вычисления

Создана методика, позволяющая в автоматическом режиме отслеживать положение ТЦ с использованием спутниковых ИК-снимков и карт доминантных ориентаций термических контрастов. Методика была апробирована при мониторинге ТЦ CHANCHU по снимкам спутника MTSAT-1R.. Атмосферные профили могут быть использованы для вычисления скорости ветра и/или атмосферного давления, являющихся ключевыми параметрами в оценке интенсивности ТЦ в любой его точке. Эксперименты показали, что падение давления, вычисленное для ТЦ "MELOR" и "VAMCO" соответствуют оценкам JMA. 
[1] A.I. Alexanin, A.S. Eremenko, D. A. Bolovin, S. E. Dyakov Automatic Computation of Tropical Cyclone Tracks on Geostationary Satellite Imagery // Proceedings of First Russia and Pacific Conference on Computer Technology and Applications (RPC 2010), 6-9 September 2010, Vladivostok (Russia). - Vladivostok: IACP FEB RAS. - 2010. - ISBN: 978-0-9803267-3-4 (CD), pp. 255-258.

Создана система построения композиционных карт температурных полей океана (ТПО) по данным спутника MTSAT-1R. Организован доступ к оперативным микроволновым измерениям ТПО. Созданы и апробированы средства восполнения спутниковых ИК-измерений ТПО микроволновыми измерениям ТПО. Проведена успешная апробация композиционных карт ТПО для автоматического мониторинга вихрей океана. 
[1] Алексанин А.И., Дьяков С.Е. Кросс-калибровка ИК-каналов спутника MTSAT-1R и алгоритм расчета температуры поверхности моря // Исследование Земли из космоса. 2010. № 5. С. 3-10.

5. Современные проблемы дискретной математики и теоретической информатики

Предложен общий принцип адаптивного управления алгоритмами задаваемыми монотонными отображениями фейеровского типа. 
[1] Nurminski E.A. Envelope stepsize control for iterative algorithms based on Fejer processes with attractants // Optimization Methods and Software. 2010. Vol. 25. No. 1. P. 97-108.

4. Математическое моделирование в науке и технике

Построена система математических моделей для выявления признаков стабильности водных экологических систем. При многомодельных описаниях выявляются те характеристики устойчивости, которые слабо зависят от конкретики модельного представления. В этом случае можно полагать, что эти характеристики присущи самому объекту моделирования, а не только его моделям. Возможности поиска признаков стабильности продемонстрированы примерами моделирования морской экосистемы и фитопланктонного сообщества. В целом стабильность системы характеризуется общими для всех ее моделей свойствами устойчивости модельных решений. 
[1] Абакумов А.И., Пак С.Я. Динамика численности фитопланктона в зависимости от минерального питания (математические модели) // Информатика и системы управления. 2010. № 3 (25). С. 10-19.

6. Актуальные проблемы физики конденсированных сред, в том числе квантовой макрофизики, мезоскопики, физики наноструктур, спинтроники, сверхпроводимости

Разработан шестиканальный адаптивный высокочувствительный волоконно-оптический интерферометр на основе динамических ортогональных диффузионных голограмм, мультиплексируемых в фоторефрактивном кристалле CdTe. Работа интерферометра прошла экспериментальную апробацию в задаче одновременной регистрации слабых вибраций (с амплитудой ~ 30 нм) нескольких объектов (рис. 1), а также в задаче регистрации слабых ультразвуковых волн, распространяющихся в твёрдых телах. 
[1] Romashko R.V., Di Girolamo S., Kulchin Y.N., Kamshilin A.A. Photorefractive vectorial wave mixing in different geometries // J. Opt. Soc. Am. B. 2010. V.27. №.2. P.311-317. 
[2] Romashko R.V., Kulchin Y.N., Kamshilin A.A. Multi-channel adaptive interferometry system // J. Russ. Laser Research. 2010. V.31. №.1. P.55-60.

Рисунок 1. Осциллограммы сигналов, регистрируемых в каждом из шести каналов адаптивного интерферометра в задаче измерения вибраций (а) и их Фурье-спектры (б).

Исследованы механизмы диффузия и кластерообразование атомов Ge, адсорбированных на поверхности Si(111)'5х5'-Cu, имеющей квазипериодический потенциальный рельеф с гексагональной ячеистой структурой. Установлено, что диффузия атома Ge ограничена одной ячейкой и характеризуется энергией активации 0,29 эВ. Увеличение концентрации атомов приводит к накоплению их в ячейках и образованию массива атомных кластеров с преобладанием кластеров, состоящих из трех атомов (рис. 2), что демонстрирует возможность формирования упорядоченных систем наноточек, являющихся базовым элементом различных наноэлектронных устройств. 
[1] D.V. Gruznev, D.A. Olyanich, D.N. Chubenko, I.V. Gvozd, E.N. Chukurov, Yu.V. Luniakov, I.A. Kuyanov, A.V. Zotov, A.A. Saranin. Diffusion and clustering of adatoms on discommensurate surface template: Ge atoms on Si(111)"5x5"-Cu reconstruction // Surface Science. Vol. 604. P. 666-673 (2010).

Рисунок 2. Изображения, полученные с помощью сканирующего туннельного микроскопа, иллюстрируют различную подвижность отдельных атомов германия при 300 и 242 К и формирование массива атомных кластеров германия на поверхности Si(111)"5x5"-Cu.

Теоретически показано, что главными факторами возникновения нелинейности показателя преломления в слабых оптических полях являются: дипольный электрический момент, индуцированный оптическим полем и зависимость тепловой разности населённости состояний носителей заряда наночастицы от интенсивности внешнего излучения, и ориентация наночастиц вдоль направления поляризации внешнего оптического поля. Ориентационный фактор существенен только для анизотропных наночастиц и жидких нанокомпозитов, приводя к увеличению нелинейной добавки показателя преломления не более чем в 3 раза. 
[1] В.П. Дзюба, А.Е. Краснок, Ю.Н. Кульчин Нелинейность показателя преломления диэлектрических нанокомпозитов в слабых оптических полях // ПЖТФ. 2010. Т.36. Вып.21. С.1-9.

Показано, что поверхностная фаза (ПФ) Si(100)-c(4x12)-Al, предварительно сформированная на Si(100), при осаждении на нее железа блокирует при комнатной температуре перемешивание атомов Fe и подложки. Установлено, что подвижность основных носителей заряда и проводимость данной ПФ выше на 16%, чем в Si(100)2x1 при температурах 20 - 180оС. Осаждение железа на ПФ Si(100)-c(4x12)-Al приводит к росту проводимости, что хорошо описывается перколяционной теорией с критическим покрытием железа 0.3 нм. Определено, что сплошная пленка железа с металлической проводимостью формируется на ПФ Si(100)-c(4x12)-Al при покрытии примерно в два раза меньшем по сравнению с осаждением на Si(100)2x1. 
[1] D.L. Goroshko, N.G. Galkin, A.S. Gouralnik. Influence of the Si(100)-c(4x12)-Al surface phase on formation and electrical properties of thin iron films // Journal of Applied Physics. 2010. Vol. 107. P. 063709 (7 pages).

Исследовано влияние потенциального рельефа подложки на самоорганизацию адсорбированных молекул на примере молекул триптантрина, осажденных на поверхности Si(111)7x7, Si(111)4x1-In, Si(111)'5x5'-Cu и Si(111)√3x√3-Ag. Установлено, что формирование упорядоченных молекулярных наноструктур наблюдается только в том случае, когда взаимодействие между молекулами соизмеримо по величине с взаимодействием молекул с подложкой, как это, например, имеет место в случае адсорбции на поверхностях Si(111)4x1-In и Si(111)'5x5'-Cu. 
[1] D.V. Gruznev, D.N. Chubenko, A.V. Zotov, A.A. Saranin. Effect of surface potential relief on forming molecular arrays: Trytanthrin adsorbed on various Si(111) reconstruction // Journal of Physical Chemistry C. Vol. 114. N 34. P. 14489-14495 (2010).

7. Физическое материаловедение: новые материалы и структуры, в том числе фуллерены, нанотрубки, графены, другие наноматериалы, а также метаматериалы

Обнаружен новый механизм миграции в трехслойных гетероструктурах со встроенными нанокристаллами (НК) дисилицида хрома (CrSi2) по данным высокоразрешающей просвечивающей электронной микроскопии на поперечных срезах (рис.3). При встраивании в эпитаксиальный слой кремния НК CrSi2 с размерами 10-30 нм перемещается из положения около границы первого слоя через канал толщиной до 5 нм в другое положение около границы следующего слоя или поверхности образца. Установлено, что перераспределение НК сильно зависит от скорости осаждения кремния и температуры роста покрывающего кремниевого слоя, что важно для создания многослойных кремний - силицидных наногетероструктур и приборов на их основе. 
[1] N.G. Galkin, L. Dozsa, E.A. Chusovitin, B. Pecz, L. Dobos. Migration of CrSi2 nanocrystals through nanopipes in the silicon cap // Applied Surface Science, USA, Elsevier Science Publishing Company, Inc, 2010, Vol. 256, Issue 23, P. 7331-7334.

Рисунок 3. Поперечный срез кремний-силицидной гетероструктуры с тремя слоями НК CrSi2 в методе высокоразрешающей просвечивающей микроскопии.

Впервые изучены особенности формирования преципитатов CrSi2 в матрице кремния с использованием методов ионной имплантации хрома и импульсного ионного отжига. Показано, что ионная имплантация приводит к аморфизации поверхности образцов, а последующий импульсный отжиг - к рекристаллизации поверхности, формированию ячеистых структур на поверхности и к образованию преципитатов CrSi2 вблизи поверхности. СВВ-очистка этих образцов приводит к формированию атомарно-чистой поверхности, что позволяет сформировать эпитаксиальный слой кремния и создать гетероструктуру Si/CrSi2/Si. Установлено, что для образцов с низкими дозами имплантации возможен эпитаксиальный рост кремния толщиной 100 нм, который происходит по механизму трехмерного зарождения и латерального разрастания островков, а рост пленки кремния на образце с высокой дозой имплантации приводит к формированию поликристаллической пленки. Доказано, что внутри кремниевой решетки формируются преципитаты полупроводникового CrSi2 с близкими значениями энергий межзонных переходов (1.4-1.7 и 2.2-2.4 эВ) независимо от дозы имплантации ионов хрома в кремний. 
[1] Н.Г. Галкин, Д.Л. Горошко, К.Н. Галкин, С.В. Ваванова, И.А. Петрушкин, А.М. Маслов, Р.И. Баталов, Р.М. Баязитов, В.А. Шустов. Влияние имплантации ионов Cr+ и импульсного ионного отжига на формирование и оптические свойства гетероструктур Si/CrSi2/Si(111) // Журнал технической физики. 2010. Т.80. №7. С. 122-130.

8. Актуальные проблемы оптики и лазерной физики, в том числе достижение предельных концентраций мощности и энергии во времени, пространстве и спектральном диапазоне, освоение новых диапазонов спектра, спектроскопия сверхвысокого разрешения и стандарты частоты, прецизионные оптические измерения, проблемы квантовой и атомной оптики, взаимодействие излучения с веществом

Реализован принципиально новый подход к оптической сканирующей микроскопии ближнего поля, заключающийся в переходе к интерферометрическому детектированию вариаций высоты профиля тестируемых объектов вместо их амплитудной регистрации. В качестве ближнепольного зонда используется волоконно-оптический интерферометр Фабри-Перо (ИФП) с субволновой диафрагмой (СД) в одном из его зеркал. При сканировании тестируемого объекта таким зондом резонансная частота ИФП испытывает модуляции из-за взаимодействия сформированного СД эванесцентного светового поля с микронеровностями объекта. По величине частотного сдвига восстанавливается микропрофиль объекта (рис.4). Достигнуто пространственное разрешение λ/40. Намечены пути дальнейшего увеличения разрешения предложенного метода микроскопии. 
[1] Кульчин Ю.Н., Витрик О.Б., Безвербный А.В., Дышлюк А.В., Кучмижак А.А. Интерферометрический зонд для систем ближнепольной оптической микроскопии. // Письма в Журнал Технической Физики. Т. 36. Вып. 13. 2010.

Рисунок 4. Результаты восстановления профиля тестового объекта

 

9. Фундаментальные основы лазерных технологий, включая обработку и модификацию материалов, оптическую информатику, связь, навигацию и медицину

Разработан корреляционный метод обработки спекл-картин, возникающих при динамическом рассеянии света малоразмерными частицами, основанный на процедуре пространственного усреднения данных, для измерения размеров частиц и исследования физических процессов в жидкостях. Применение указанной процедуры обеспечивает возможность проведения измерений для нескольких углов рассеяния одновременно, позволяет разделить эффекты преобразования спекл-картин обусловленные поступательным и броуновским движением частиц, а также дает возможность регистрировать влияние неконтролируемых факторов на результаты измерений размеров частиц. Метод обеспечивает 10% точность при измерении диаметров частиц в диапазоне от 30 до 750 (нм) и исследования физических свойств жидкостей при протекании в них динамических процессов. 
[1] Ю.Н.Кульчин, О.Б.Витрик, Ланцов А.Д., Краева Н.П. Корреляционный метод обработки спекл-картин динамического рассеяния света малоразмерными частицами основанный на процедуре пространственного усреднения данных // Автометрия. Т.46. №3. С.95-98. 
[2] Yu. N. Kul'chin, O. B. Vitrik, A. D. Lantsov and N. P. Kraeva.Correlation method for processing speckle patterns of dynamic light scattering by small particles based on spatial averaging of data // Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing. V.46. N.3. PP.282-286.

Разработан метод мониторинга деформаций изгиба на основе регистрации индуцированных потерь направляемого излучения одномодовых волоконных световодов. Установлено, что уменьшение приведенной частоты до 0,8 позволяет увеличить амплитудную чувствительность волоконного световода к макроизгибу приблизительно в 140 раз по сравнению со стандартными условиями возбуждения одномодового ВС в режиме с V~2,4. Установлено, что для световода с V~0,8 коэффициент ослабления составляет 5м-1 при радиусе изгиба R~1,2м, в то время как для световода с V~2,4 - при R~8мм. Исследованы причины возникновения осцилляций световой мощности на выходе изгибаемого волоконного световода; установлено, что осцилляции в зависимости ?(R) возникают вследствие конечных размеров оптической оболочки и скачка показателя преломления на границе кварц/полимер; определены условия для подавления осцилляций при реализации режима "бесконечной" оболочки за счет оптического контакта кварцевой оболочки с иммерсионной средой. 
[1] Ю. Н. Кульчин, О. Б. Витрик, А. В. Дышлюк, С. О. Гурбатов. Метод регистрации деформаций изгиба с применением волоконных световодов с низким значением приведенной частоты // Измерительная техника. № 2. С. 47-49. 2010. 
[2] Yu. N. Kulchin, O. B. Vitrik, A. V. Dyshlyuk, S. Gurbatov. A method of measuring flexural strain with use of fiber-optic waveguides with low relative frequency. Measurement techniques. Vol.53. No. 2. PP.184-187.

Разработаны принципы построения и выполнены теоретические и экспериментальные исследования оптоволоконных датчиков для измерительных систем лазерной индуцированной флуоресценции. Построена математическая модель, позволяющая для выбранного многомодового оптического волокна и длины волны оптимизировать размещение приемного оптического волокна, при котором световой поток на выходе оптоволоконного датчика имеет максимальное значение или максимальное отношение сигнал/шум, что позволяет обеспечить эффективную регистрацию спектров флуоресценции и минимизировать мощность лазерного излучения. Изготовлен и прошел морские испытания макет измерительно-вычислительного комплекса с погружаемым оптоволоконным датчиком для измерения концентрации растворенных в морской воде органических и неорганических веществ методом индуцированной флуоресценции. 
[1] Yuriy N. Kulchin, Sergey S. Voznesenskiy, Evgeniy L. Gamayunov, Alexey A. Korotenko. Fluorimeter with an external fiber-optic sensor // Pacific Science Review, vol. 12 (1). Proceedings of the 10th Asia-Pacific Conference on Fundamental Problems of Opto- and Microelectronics. July 12-15, 2010. Kangnam University, Republic of Korea. 2010. 
[2] Бортовой измерительный комплекс параметров воды: Патент 96662, МПК G01N21/01 / Кульчин Ю.Н., Вознесенский С.С., Гамаюнов Е.Л., Коротенко А.А. Патентообладатель ИАПУ ДВО РАН. - опубл. 10.08.2010.

15. Основы развития и функционирования энергетических систем в рыночных условиях, включая проблемы энергоэффективности экономики и глобализации энергетики, энергобезопасность, энергоресурсосбережение и комплексное использование природных топлив

Предложен тестовый подход к диагностированию объектов теплоэнергетики (ОТЭ), основанный на реконфигурации измерительного и/или запорно-регулирующего оборудования в системе теплопотребления. В рамках подхода разработан аналитический метод диагностирования ОТЭ, ориентированный на поиск кратных дефектов, приводящих к нарушению баланса потоков теплоносителя (рис. 5). Информационной базой для решения задачи являются результаты измерений основных параметров, аккумулируемые в архивах приборов учета тепловой энергии. 
[1] В.П. Чипулис. Диагностирование закрытых систем теплопотребления // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. М.: Изд-во "Научтехлитиздат". 2010. №7. С. 53-58.

Рисунок 5. Диагностирование кратных дефектов: до и после перестановки расходомеров

19. Общая механика, динамика космических тел, транспортных средств и управляемых аппаратов, биомеханика, механика жидкости, газа и плазмы, неидеальных и многофазных сред, а также механика горения, детонации и взрыва

Предложена новая параметрическая модель океанских вихрей и струйных течений, основанная на нелинейном физическом механизме - внутреннем ускорении Кориолиса (векторе Лэмба), в отличие от планетарной силы Кориолиса не изученном до настоящего времени. Модель состоит из осевой линии тока с максимальной скоростью, задающей потоковые координаты, и вертикального сечения, определяемого как конус скорости с эллиптическим основанием (рис. 6). При этом свободная поверхность отсекает часть струи, образуя вихревую пелену. Практическое значение состоит в объективном анализе полей скорости по данным наблюдений (ассимиляция), а других полей - через введение движущихся потоковых координат. Модель верифицирована на наблюдениях реальных струйных течений и вихрей, выполненных с помощью акустического Доплеровского профилирования течений. 
[1] Казанский А.В., Шупикова А.А. О структуре поля скорости струйных течений и вихрей в океане // Доклады академии наук. 2010. Т. 43. № 6. C. 808-812. 
[2] A.V. Kazansky, A.A.Shupikova. Velocity data assimilation using streamlets // Pacific Science Review. 2009. Vol. 11. N. 1. P. 5-12.

Рисунок 6. Конус скорости стримлета. 
Показаны векторы: скорости (v), завихренности (ω) и Лэмба (l).

Изучено охлаждение нагнетаемым воздухом осесимметричных пористых саморазогреващихся объектов плавно сужающейся и ступенчато сужающейся формы при известных перепадах давления газа на входе и на выходе из пористого объекта в поле силы тяжести. Обнаружено качественное отличие в режимах охлаждения осесимметричных и плоских сужающихся пористых объектов с одинаковыми параметрами, которое может происходить только лишь при изменении конфигурации объекта с плоской на осесимметричную и приводить к нарушению стационарного режима охлаждения, к перегреву и разрушению объекта. 
[1] Левин В.А., Луценко Н.А. Нестационарные течения газа через осесимметричные пористые тепловыделяющие объекты // Математическое моделирование. 2010. Т. 22. №3. С. 26-44.

20. Механика твердого тела, физика и механика деформирования и разрушения, механика композиционных и наноматериалов, а также трибология

Изучено прямолинейное движение упруговязкопластической среды, заполняющей зазор между двумя коаксиальными жесткими цилиндрическими поверхностями. Указаны условия зарождения вязкопластического течения и закономерности продвижения упругопластических границ как при развитии течения, так и при его торможении. Показано, что в последнем случае упругопластическая граница является поверхностью разрывов скоростей необратимых деформаций. 
[1] Буренин А.А., Ковтанюк Л.В., Мазелис А.Л. Развитие и торможение прямолинейного осесимметричного вязкопластического течения и упругое последействие после его остановки // Прикладная механика и техническая физика. 2010. № 2. С. 140-147.

Проведено обобщение развиваемой в лаборатории теории больших упругопластических деформаций на случай учета теплофизичеких эффектов интенсивного формоизменения материалов. На такой основе решена связанная задача деформирования с разрывом материала и теплопередачи по нему в условиях, когда на границе материала за счет трения он разогревается до температуры плавления. На граничных поверхностях принят теплообмен с окружающей средой по закону Ньютона. 
[1] Буренин А.А., Ковтанюк Л.В., Панченко Г.Л Моделирование больших упруговязкопластических деформаций с учетом теплофизических эффектов // Известия АН. Механика твердого тела. 2010. № 4. С. 107-120.

На примере краевой задачи теории больших упруговязкопластических деформаций тяжелого слоя, находящегося на наклонной плоскости, изучено повторное вязкопластическое течение в материале, накопившем необратимые деформации. Изучены особенности постановок задач в случае, когда необратимые деформации могут уменьшаться. 
[1] Буренин А.А., Ковтанюк Л.В. Об упругих деформациях и вязкопластическом течении в тяжелом слое, помещенном на наклонной плоскости // Известия РАН. Серия МТТ. 2010. № 4. С. 107-121.

22. Комплексные проблемы машиноведения, эргономика и биомеханика систем "человек - машина - среда", создание и функционирование макро- и микроробототехнических, мехатронных комплексов, динамика машин, волновые и вибрационные процессы в технике

Разработана теория и исследованы особенности укорачивания нерастяжимых нитей при их скручивании. Получены основные математические соотношения, позволяющие установить зависимость между величиной укорачивания нитей, углом их закручивания, приложенным моментом закручивания и развиваемой при этом силой тяги. На основе полученных соотношений созданы и экспериментально исследованы механизмы для линейных и угловых перемещений объектов за счет уменьшения длины скручиваемых нитей. Установлено, что при малых перемещениях передаточные отношения этих безредукторных механизмов достигают нескольких тысяч. 
[1] Завгородний Ю.А., Филаретов В.Ф., Цепковский Ю.А. Механизмы для совершения линейных и вращательных движений, построенные на основе скручивания нерастяжимых нитей // РАН. Проблемы машиностроения и надежности машин. 2009. № 6. С. 24-28.

24. Теория систем, общая теория управления сложными техническими и другими динамическими системами, в том числе единая теория управления, вычислений и сетевых связей, а также теория сложных информационно-управляющих систем, групповое управление и распределенное управление

Разработан эффективный метод оптимального параметрического синтеза сложных технических систем по критерию запаса работоспособности, основанный на построении областей допустимых вариаций параметров (областей работоспособности). Предложена специальная структура описания таких областей дискретным множеством параллелепипедов, обеспечивающая произвольную декомпозицию исходной задачи при использовании технологии распределенных (параллельных) вычислений. За счет этого достигается существенный эффект выравнивания общего времени решения задачи при различных условиях динамической балансировки вычислительных нагрузок с увеличением числа подзадач (рис. 7). 
[1] Абрамов О.В. Параллельные алгоритмы расчета и оптимизации надежности по постепенным отказам // Автоматика и телемеханика. 2010. №7. С.126-135. 
[2] Катуева Я.В. Анализ сложных систем в условиях неполноты информации в задаче оптимизации надежности по постепенным отказам // Информатика и системы управления. 2010. №4(26). С. 61-68.

Рисунок 7. Время решения задачи в распределенной вычислительной среде.

На основе принципа Д'Аламбера дано теоретико-механическое обоснование перехода от трёх- к двухкомпонентным (по числу осевых ньютонометров) гравиметрическим инерциальным навигационным системам (ГИНС), интегрированным с навигационными спутниковыми системами типа ГЛОНАСС; исследована корректность (по Ж.Адамару) математических моделей систем и асимптотические свойства решений; разработан экстраполяционный метод оценки числа обусловленности конечномерных операторов обратных задач определения движения. 
[1] Девятисильный А.С., Числов К.А. Применение принципа Д'Аламбера в модели гравиинерциальной системы // Авиакосмическое приборостроение. 2010. №8. С. 8-11.
[2] Девятисильный А.С., Кислов Д.Е. Спектральные портреты и устойчивость линейных систем // Мехатроника, автоматизация, управление. 2010. №4. С.2-5.

Разработан новый способ автоматического адаптивного управления скоростными движениями многостепенных автономных подводных аппаратов (ПА) по сложным пространственным траекториям. Этот способ, используя новую идеологию формирования программных сигналов для перемещения аппаратов по траекториям с различной кривизной и относительно легко реализуемые самонастраивающиеся системы управления (СУ), позволяет обеспечивать указанным аппаратам максимально возможную скорость движения при сохранении заданной динамической точности управления на всех участках траектории с учетом реально существующих ограничений мощности используемых усилителей и движителей. 
[1] Филаретов В.Ф., Юхимец Д.А. Синтез системы автоматического формирования программных сигналов управления движением подводного аппарата по сложным пространственным траекториям // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2010. № 1. С. 99 -107. 
[2] Патент по заявке № 2009121013. Способ управления динамическими объектами // В.Ф.Филаретов.

Проведено сравнение критериев остаточного эксплуатационного ресурса и вероятности безотказной работы на заданном интервале времени для определения пригодности указанных критериев (преимущества и недостатки) для выбора стратегии управления эксплуатацией человеко-машинных систем в условиях дефицита исходных данных. 
[1] Климченко В.В. Параметрическое свойство метрик для оценки надежности технических объектов. Труды Международного симпозиума "Надежность и качество" Пенза: ПГУ. 2010. Т.1. С. 333-334. 
[2] А.И. Никитин. Определение остаточного ресурса человеко-машинной системы. Известия Самарского научного центра Российской академии наук. Самара: Издательство Самарского научного центра РАН. Т. 12 (33) №1 (2). 2010. С. 467-471.

25. Человеко-машинный симбиоз, интеллектуальное управление, управление в неопределенных средах и управление в междисциплинарных моделях организационных, социальных, экономических, биологических и экологических систем

Разработана структура подсистемы управления информационными ресурсами для аналитической химии. Подсистема состоит из подсистем управления модулями онтологии и базы знаний. В состав подсистемы входит редактор многоуровневой онтологии, знаний и данных данной области, редакторы специализированных структурных значений, подсистема мониторинга информационных компонентов и мониторинга структурных значений, а также подсистемы, обеспечивающие согласованное редактирование всех связанных информационных компонентов интеллектуальной системы при изменении информации любого уровня общности. 
[1] Артемьева И.Л. Особенности управления информационными ресурсами интеллектуальной системы для сложной предметной области // XXXV Дальневосточная математическая школа-семинар имени академика Е.В. Золотова, Владивосток, 31 авг. - 5 сент. 2010: сб. докл. [Электронный ресурс] Владивосток: ИАПУ ДВО РАН, 2010. C. 831-838.

Исследованы онтологии, используемые в научных исследованиях в предметной области "Химия". Описана структура онтологии раздела химии и состав метаонтологий, используемых при создании онтологии. Разработана структура метаонтологии как онтологии более высокого уровня общности, которая может использоваться при управлении онтологиями разных разделов аналитической химии и в терминах которой могут быть определены онтологии этих разделов. Особенностью онтологии раздела является наличие онтологии структурированных значений, с которыми связаны специализированные средства редактирования информации. 
[1] Артемьева И.Л. Концепция управления информационными компонентами развиваемой интеллектуальной Интернет-системы по химии // V международная конференция "Параллельные вычисления и задачи управления" (PACO'2010). Москва, 26-28 октября 2010. [Электронный ресурс] М.: Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, 2008. - С. 1497-1508.

Проведена формализация знаний о синдромах в эндокринологии. Формализованы знания о следующих синдромах: синдромы при заболеваниях гипоталамо-гипофизарной системы, синдромы при заболеваниях щитовидной железы, синдромы при заболеваниях околощитовидных желез, синдромы при заболеваниях эндокринного аппарата поджелудочной железы и синдромы при заболевании надпочечников. Каждая группа синдромов описываются эндокринные нарушения и их причины, функции гормонов и их структурное (формальное) описание, а также детальное описание проявлений синдромов, входящих в каждую из групп. 
[1] Черняховская М.Ю. Формальное описание гипергликемического синдрома при заболеваниях эндокринного аппарата поджелудочной железы // Информатика и системы управления. Благовещенск: Амурский государственный университет. 2010. №2(24). С. 85-87.

26. Управление движением, управление в энергетических и транспортных системах, управление производством (автоматизация проектирования, автоматизация технологических процессов, логистика), мультидисциплинарная координация и управление в глобальных производственных системах, а также кооперативное управление

На основе анализа решения уравнений динамики движения морского судна установлен идентификационный признак начального этапа экстренного торможения судна в виде временной последовательности нескольких максимумов модуля линейного ускорения судна. Причиной формирования таких максимумов являются типичные особенности инерционного движения и характеристик гребного винта судна, вращающегося в реверсивном направлении. Данный идентификационный признак может найти применение в системах управления движением судов для автоматизации диагностики ошибочного торможения и направлен на предупреждение морских катастроф. 
[1] Дорожко В.М. Идентификация начального этапа экстренного торможения морского судна // Мехатроника, автоматизация, управление. 2010. №4. С.73-78. 
[2] Дорожко В.М. Радиолокационная регистрация начального этапа разгона морского судна // Измерительная техника. 2010. №6. С. 23-28. 
[3] Дорожко В.М. Способ дистанционной регистрации по радиолокационным наблюдениям выхода гребного винта на максимальные обороты при экстренном разгоне морского судна // Патент РФ №2392173 от 20.06.2010г. Опубл. 20.06.2010. Бюл. №17.

Предложен метод определения параметров движения подводного аппарата и окружающей обстановки по последовательности фотоизображений, получаемых одной бортовой камерой, при условии малых расстояний до препятствий и на небольших перемещениях. Результаты вычислительных экспериментов на модельных данных показали, что точность и скорость работы метода позволяют использовать его для решения задач зависания и прохождения аппарата на заданной высоте. 
[1] В.А. Бобков, Ю.С. Борисов. Навигация подводного аппарата на малых дистанциях по оптической информации // Мехатроника, автоматизация, управление. №2. 2010. С. 75-78.

Предложен новый подход к построению моделирующего комплекса для исследования систем управления движением многозвенных манипуляторов, который заключается в совместном использовании среды моделирования Matlab и внешнего модуля для моделирования взаимодействия этих манипуляторов с окружающей средой. При этом для обеспечения адекватности процесса моделирования был предложен подход к синхронизации вычислительных процессов в среде Matlab и внешнем модуле, который основан на методах построения систем автоматического управления и позволяет провести указанную синхронизацию автоматически в процессе работы комплекса. 
[1] Филаретов В.Ф., Юхимец Д.А., Мурсалимов Э.Ш. Особенности использования программной среды "MATLAB" для визуального моделирования движений многозвенных манипуляторов// Мехатроника, автоматизация, управления. 2010. № 9. С. 66-71.

28. Системный анализ, искусственный интеллект, системы распознавания образов, принятие решений при многих критериях

Разработаны модели и средства синтаксически-управляемого редактирования информации и коллективной разработки информационных ресурсов управляемых интеллектуальных систем. Информационный ресурс представляется в виде неразрывной пары, состоящей из метаинформации и информации. Информация представляется в виде семантической сети в терминах метаинформации. Метаинформация представляется на метаязыке. Для метаязыка определена логическая и порождающая семантика. Контекстные условия и связи между разными информационными ресурсами представляются с помощью импликаций. Для обеспечения коллективной разработки информационных ресурсов они могут иметь два состояния - рабочее и отладочное. Управление информационными ресурсами возможно только в отладочном состоянии. 
[1] Грибова В.В., Клещев А.С., Крылов Д.А., Москаленко Ф.М., Смагин С.В., Тимченко В.А., Тютюнник М.Б., Шалфеева Е.А. Проект IACPaaS - развиваемый комплекс для разработки, управления и использования интеллектуальных систем // Искусственный интеллект и принятие решений. 2010. ISSN 2071-8594. Принято в печать.

Разработана модель пользовательского интерфейса с динамическими данными. Для описания модели интерфейса с динамическими данными были выделены статические характеристики модели интерфейса, которые не изменяются в процессе работы приложения, и динамические характеристики модели интерфейса, которые определяют структуру возможных изменений, но конкретные их значения определяются в процессе работы приложения. К динамическим характеристикам относятся: переменные задачи (определяют динамический контекст задачи), атрибуты задач ("состояние" и "статус задачи"), правила выполнения задач. Конкретное представление (Рис. 28) формируется на основе модели абстрактного представления, которая определяет структуру представления информации, не уточняя их конкретное представление. 
[1] Грибова В.В., Черкезишвили Н.Н. Развитие онтологического подхода для автоматизации разработки пользовательских интерфейсов с динамическими данными // Информационные технологии. 2010. №10. C. 54-58.

Разработаны методы оценивания свойств онтологий для анализа возможности повторного использования и фактической использованности элементов онтологии. Предложены методы: (1) структурного анализа, ориентированные на выявление структурных дефектов, требующих устранения перед началом использования онтологии; (2) поиска структурных недостатков, затрудняющих поиск и выбор терминов на использование или специализацию. Предложены графовые модели онтологий для облегчения экспертам принятия решения о повторном использовании элементов онтологии. Предложен метод оценивания повторной использованности графов использования и включения для многомодульной онтологии; оценивание осуществляется на основе визуального представления этих связей и автоматического измерения максимальных и средних значений использованности терминов каждой онтологии. 
[1] Шалфеева Е.А. Метод оценивания структуры онтологий для реализации редакторов знаний и данных // Вестник компьютерных и информационных технологий. М.: Изд-во Машиностроение. 2010. № 2 (68). С. 23-32.

50. Биофизика, радиобиология, математические модели в биологии, биоинформатика

На примере исследования морфо-функциональной организации и физико-химических свойств кремний-органических биоминералов, спикул морских глубоководных губок Pheronema raphanus (рис. 8), проведенного анализа спектральных характеристик материала спикул, биолюминесценции, как источника света в глубине океана, наличия хлоропластов в теле губки, принадлежащих фотосинтезирующим симбионтам, получены аргументы в пользу гипотезы о наличии фоторецепторной системы у губки Ph. raphanus и важной роли фотосинтетически активных симбионтов глубоководных губок в их энергетическом балансе. Получены новые данные, позволяющие по-новому взглянуть на функциональное назначение спикул губок и на вопросы распространения видов губок в океане. 
[1] С.С. Вознесенский, Ю.Н. Кульчин, А.Н. Галкина, А.А. Сергеев. Морфологические, оптические и структурные характеристики спикул стеклянных губок и фоторецепторная гипотеза их жизнеобеспечения. Биофизика. 2010. Т.55. № 1. С. 107-112. 
[2] S.S. Voznesenskiy, Yu.N. Kulchin, A.N. Galkina, A.A. Sergeev. Morphological, Optical and Structural Characteristics of the Spicules of Glass Sponges and the Photoreceptor Hypothesis of Their Surviva. Biophysics. 2010. Vol. 55. No. 1. PP. 87-91.

а
б

 

Рисунок 8. а) пентактин губки Ph. Raphanus; б) СЭМ-фотография продольного сечения линзоподобной системы пентактина губки Ph. raphanus.

Установлено, что спикулы глубоководных губок Sericolophus hawaiicus и Hyalonema (Corynonema) populiferum являются полидисперсными, ориентированными и структурированными аморфными полимерными нанокомпозитными системами. При этом средний радиус частиц оксида кремния находится в интервале 13-32 нм для спикул S. hawaiicus и 18-38 нм для спикул H. populiferum. Показано, что спикулы губок состоят преимущественно из высоко конденсированного оксида кремния с вариацией степени поликонденсации материала спикул. Доказано, что свойства аморфного дисперсного кремнезема в спикулах губок определяются главным образом химической активностью поверхности, причем такая активность зависит от концентрации ОН-групп и энергетического распределения силанолов, а степень гидратированности диоксида кремния спикул определяются соотношением катионов Na и К, которое, в свою очередь, определяется генетической программой построения спикул губок. 
[1] С.С. Вознесенский, А.Н. Галкина, А.Д. Ланцов, А.А. Сергеев, Ю.Н. Кульчин. Структурные особенности биогенных силикатов - спикул морских стеклянных губок. В кн. Перспективные направления развития нанотехнологий в ДВО РАН. Т.3 "Получение, исследование и моделирование биогенных и биомиметических наноструктурированных материалов". Владивосток: ИАПУ ДВО РАН. 2010. С.78-97. 
[2] А.Н. Галкина А.Н., А.Д. Ланцов, А.А. Сергеев, С.С. Вознесенский. Структурные особенности биогенных силикатов - спикул стеклянных губок. Prooceedings of Asian School-conference on Physics of nanostructures and nanomaterials (ASCO PNN-2010). Vladivostok. Russia. IACP FEB RAS. 2010. p. 109-115.

Проведена комплексная оценка состояния экосистемы водоемов бассейна р. Селенги, являющейся важнейшим притоком уникального оз. Байкал и испытывающей большую антропогенную нагрузку из-за развития добычи золота в монгольской части бассейна. Осуществлен комплексный статистический анализа данных по концентрациям 25 химических элементов в донных отложениях 13 водоемов и сопоставление полученных результатов с оценкой токсичности, полученной при биотестировании. 
[1] Павлов Д.Ф., Томилина И.И., Мерилайнен Я., Витик А., Кямяри Ю., Ашихмина Е.В., Законнов В.В., Энхтуяа А. Химический состав и токсичность донных отложений бассейна р. Селенги. // Водные экосистемы бассейна Селенги. Труды совместной Российско-Монгольской комплексной биологической экспедиции. 2009. Т. LV. С.326-346.

Проведено исследование эволюционных последствий оптимального равновесного промысла в однородной популяции. Показано, что у свободной от эксплуатации популяции за счет ограниченности жизненных ресурсов происходит оптимизация ее генетического состава по ресурсному параметру, т.е. выживают генотипы, наиболее приспособленные к условиям ограниченности жизненных ресурсов. В эксплуатируемой популяции оптимизируется скорость ее прироста, и уже в этих условиях фактор ограниченности жизненных ресурсов отступает на второй план, а наиболее приспособленными оказываются генотипы, дающие большее потомство, т.е. обладающие большим репродуктивным потенциалом. 
[1] Фрисман Е.Я., Жданова О.Л., Колбина Е.А. Влияние промысла на генетическое разнообразие и характер динамического поведения менделевской лимитированной популяции // Генетика. М.: Наука. Том 46. № 2. С. 272-281. 
[2] E.Ya. Frisman, O.L. Zhdanova, and E.A. Kolbina. Effect of Harvesting on the Genetic Diversity and Dynamic Behavior of a Limited Mendelian Population // Russian Journal of Genetics. © Pleiades Publishing. Inc. 2010. Vol. 46. № 2. PP. 239-248.

65. Эволюция окружающей среды и климата под воздействием природных и антропогенных факторов, научные основы рационального природопользования, использование традиционных и новых источников энергии

Весенняя атмосфера в переходной зоне материк-океан Приморского края отличается примерно двукратным превышением аэрозольного замутнения в сравнении с другими (морскими и континентальными) районами умеренных широт. Повышенная мутность атмосферы проявляется во всем диапазоне спектра (0.3 - 2.14 мкм) за счет большего содержания мелко- и грубодиспресного аэрозоля. Селективность спектрального хода АОТ атмосферы (средний показатель =0.94) над Японским морем близка к континентальным значениям из-за большого содержания мелкодисперсного аэрозоля выносимого с континента. В вертикальных профилях аэрозоль-молекулярного рассеяния отчетливо прослеживаются две области повышенного светорассеяния, характеризующих высотное распределение аэрозоля: широкий подтропопаузный слой со статистическим максимумом на высоте 8 км и слой в области пограничного планетарного слоя ( 2 км). Вариабельность подтропопаузного слоя в значительной степени отражает пылевую активность и перенос аэрозоля (с задержкой на 3 суток) из аридных районах Китая и Монголии. На форму вертикального распределения характеристик аэрозоля существенное влияние оказывает циклоническая деятельность. 
[1] Сакерин С.М., Павлов А.Н., Букин О.А., Кабанов Д.М., Корниенко Г.И., Полькин В.В., Столярчук С.Ю., Турчинович Ю.С., Шмирко К.А., Майор А.Ю. Результаты комплексного аэрозольного эксперимента в переходной зоне "материк-океан" (Приморье и Японское море). Часть 1. Вариации аэрозольной оптической толщи атмосферы и вертикальные профили / Т.23. 2010. № 8. С.691-699.

Характер высотного распределения микрофизических характеристик в атмосфере переходной зоны материк-океан определяется как адвекцией аэрозоля из континентальных и морских районов, так и модификацией его микрофизических характеристик под воздействием полей влажности и динамических атмосферных процессов. Так, взаимодействие теплых и холодных воздушных масс субтропического и полярного струйных течений способствует повышению относительной влажности в области их соприкосновения, что также приводит к модификации микрофизических характеристик аэрозоля и, в некоторых случаях, сопровождается образованием перистой облачности. 
[1] Афонин А.В., Энгель М.В., Майор А.Ю., Павлов А.Н., Столярчук С.Ю., Шмирко К.А., Букин О.А. Результаты комплексного аэрозольного эксперимента в переходной зоне "материк-океан" (Приморье и Японское море). Часть 2. Анализ пространственной и временнoй изменчивости характеристик аэрозоля по спутниковым данным и лидарным измерениям / Т.23. 2010. №09. С.811-819.

Установлено, что в переходной зоне материк-океан распределение аэрозоля по размерам преимущественно имеет смешанный тип, при этом распределение числа частиц по размерам имеет два локальных максимума. При наличии интенсивных источников аэрозоля (пылевые выносы) главная мода практически не меняется, за исключением увеличения числа частиц с радиусами в интервале 0.03-0.05 мкм, а правое крыло основной моды расширяется до размеров 0.2 мкм. 
[1] Букин О.А., Шмирко К.А, Майор А.Ю., Павлов А.Н. Особенности распределения атмосферного аэрозоля по размерам в переходной зоне материк-океан // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2010. Т. 46. №2. С. 50-56.

66. Разработка методов, технологий, технических и аналитических средств исследований поверхности и недр Земли, гидросферы и атмосферы, геоинформатика

Разработан подход и созданы средства интеграции информационных ресурсов Центра коллективного пользования регионального спутникового мониторинга окружающей среды ДВО РАН в глобальную информационную систему Европейского космического агентства EoPorta. Реализация подхода позволяет: (1) поставлять метаданные и данные по запросу глобальной информационной системы EoPortal; (2) организовывать для пользователя сервисы обработки данных - расчет по его сценарию и под его управлением на программном обеспечении и вычислительных средствах Центра; (3) организовать для произвольного заказчика, имеющего собственные ресурсы и технологии обработки спутниковой информации, интеграцию в течение месяца его ресурсов в информационную систему EoPortal с правами полноценного провайдера. 
[1] В.А. Левин, А.И. Алексанин, М.Г. Алексанина, С.Е. Дьяков, И.В. Недолужко, Е.В. Фомин. Разработка технологий спутникового мониторинга окружающей среды по данным метеорологических спутников// Открытое образование. 2010. № 5. С.41-49. 
[2] И. В. Недолужко Интеграция ресурсов Центра коллективного пользования регионального спутникового мониторинга окружающей среды ДВО РАН в среду SSE Европейского космического агентства // Вычислительные технологии. 2010. Т. 15. № 4. С.116-130.