Интеллектуальные системы мониторинга, прогнозирования и управления

Руководитель направления:	Иващук Ольга Александровна
Ведущие ученые в данной области:	Иващук Ольга Александровна, д.т.н., профессор; Константинов Игорь Сергеевич, д.т.н., профессор; Кузичкин Олег Рудольфович, д.т.н., профессор; Коськин Александр Васильевич
Код ГРНТИ:	20.53.19; 28.23.13; 87.01.81; 50.01.85; 50.41.25; 50.47; 50.49; 50.53

Образовательное структурное подразделение (институт): Институт инженерных и цифровых технологий.

Структурное подразделение (лаборатория, кафедра и др.): Кафедра информационных и робототехнических систем.

Состав (с указанием руководителя):

1. Иващук Ольга Александровна, д.т.н., профессор (руководитель)

2. Константинов Игорь Сергеевич, д.т.н., профессор

3. Кузичкин Олег Рудольфович, д.т.н., профессор

4. Коськин Александр Васильевич, д.т.н., профессор

5. Суржик Дмитрий Игоревич, к.т.н.

6. Федоров Вячеслав Игоревич, к.т.н.

7. Щербинина Наталья Владимировна, к.т.н., доцент

8. Васильев Глеб Сергеевич, к.т.н.

9. Иващук Орест Дмитриевич, к.т.н., доцент

10. Игрунова Светлана Васильевна, к.с.н, доцент

11. Нестерова Елена Викторовна, к.э.н., доцент

12. Удовенко Ирина Васильевна, к.т.н.

13. Шамраев Анатолий Анатольевич, к.т.н., доцент

14. Шамраева Елена Олеговна, к.т.н., доцент

15. Панькина Екатерина Сергеевна, к.т.н.

16. Гончаров Дмитрий Викторович, ст. преподаватель

17. Резников Никита Григорьевич, аспирант

18. Ломазов Александр Вадимович, к.т.н.

19. Бакнин Максим Дмитриевич, аспирант

20. Коваленко Алексей Олегович, аспирант

21. Жигалов Алексей Алексеевич, аспирант

22. Семенов Дмитрий Сергеевич, аспирант

23. Штана Альберт Игоревич, аспирант

24. Гурьянова Оксана Игоревна, аспирант

25. Иващук Дарья Александровна, студент

26. Дунаева Виктория Александровна, студент

27. Ключкин Алексей Викторович, студент

28. Бывшов Владимир Игоревич, студент

Актуальность научного направления.

Сегодня современные цифровые технологии, методы интеллектуального анализа данных и автоматизации интенсивно проникают во все сферы жизни человека, формируя широкий спектр междисциплинарных исследований, результатом которых становится возможность получения новых знаний в различных предметных областях, в том числе в сфере экологической и продовольственной безопасности.

Соответствующие междисциплинарные исследования связаны с комплексным анализом параметров, механизмов и результатов взаимодействия природной среды и техносферы, выявления необходимых причинно-следственных связей. В научной литературе, в том числе на основе многолетних исследований авторского коллектива, показана высокая эффективность синтезированного применения методов интеллектуального анализа и моделирования (в частности искусственных нейронных сетей и нечеткой логики) и возможностей геоинформационных, 3D и VR технологий при решении разных задач по обработке больших объемов множественных и неоднородных данных, комплексной оценке и прогнозированию динамики всех компонентов биотехносеры в их взаимосвязи, формировании адаптационных сценариев управления.

Авторами поставлен и решается комплекс научных задач по созданию методов, моделей, алгоритмов, баз знаний и программного обеспечения, совокупность которых является базисом для формирования новых интеллектуальных технологий управления биотехносферой и адаптационного зонирования территорий, а также разработки специализированных цифровых платформ, обеспечивающих оценку, пространственно-временной и структурный анализ существующего и прогнозного состояния компонентов сложных природно-социо-технических систем, формирование и сравнение адаптационных сценариев выбора оптимальных параметров управления всеми подсистемами.

Разработка подобных интеллектуальных технологий и цифорвых платформ позволяет расширить существующие методы интеллектуального анализа данных в сфере обеспечения экологической и продовольственной безопасности, создать новый результативный подход к обеспечению автоматизированного агроэкологического и природно-климатического зонирования территорий, соответствующий методологический инструментарий формирования и оценки моделей сценариев управления, обеспечивающих одновременно снижение негативного воздействия на окружающую природную среду и повышение производительности территорий, сохранении и восстановление характеристик качества и экономической эффективности ресурсов.

Практическое внедрение результатов междисциплинарных исследований способствует возрастанию уровня компетенции станы в целом (наличие специалистов с новыми компетенциями и развитие технологий), что очень важно для инновационно-ориентированного устойчивого развития государства.

Направления исследований.

Данное направления включает в себя комплекс связанных научных задач:

1. Интеллектуальные системы экологического мониторинга, прогнозирования и управления экологической безопасностью.

2. Мониторинг и управление сложными социально-экономическими и организационно-техническими системами на основе интеллектуального анализа данных

3. Интеллектуальные системы техничного зрения и распознавания образов.

4. Интеллектуальные системы связи, передачи и обработки информации.

Основные публикации (за последние 5 лет):

1. Predicting the Operational Efficiency of High-Pressure Roller Crushers //Russian Engineering Research /O. А. Ivashchuk,, O. D. Ivashchuk, V. I. Fedorov, A. I. Shtana. / Volume 40, issue 11. – 2020. - P. 970–972. https://doi.org/10.3103/S1068798X2011009X

2. Discrete processes modeling based on logic control algorithms and petri nets /O. D. Ivashchuk, Khalimon, V.I., Ivashchuk, O.D., Prostitenko, O.V., Zabnin, S.A.// Journal of Advanced Research in Dynamical and Control Systems. – 2020. -12(6). - с. 654-663.

3. Intellectual support for the analysis of the implementation of innovative development programs of the regional agro-industrial cluster / O. D. Ivashchuk, Lomazov, V.A., Lomazov, A.V., Akupiyan, O.S., Nesterova, E.V.// IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2021, 839(2), 022068

4. APPLICATION OF THE PHASE-METRIC METHOD IN THE PROBLEMS OF GEOTECHNICAL CONTROL OF THE DRILLING PROCESS/Bykov, A.,Surzhik, D., Vasilyev, G.S., Kuzichkin, O.R., Bondarik, K.V.//International Multidisciplinary Scientific GeoConference Surveying Geology and Mining Ecology Management, SGEMthis link is disabled, 202

5. Approaches to the Development of an Automated Control System for the Adaptation of Agricultural Areas under the Changing Greenhouse Effect/ Vyacheslav I. Fedorov , Dmitry V. Goncharov// Mathematical Statistician and Engineering Applications, 2022, Page Number: 948 – 956 Publication Issue: Vol. 71 No. 3s2 (2022)

6. Mathematical description and laboratory study of electrophysical methods of localization of geodeformational changes during the control of the railway roadbed/Bykov A., Grecheneva A., Kuzichkin O., Surzhik D., Vasilyev G., Yerbayev Y.//Mathematics. 2021. Т. 9. № 24.

7. Подход к созданию универсальной системы сбора, хранения и передачи разнородных данных об экологическом состоянии объектов и процессов агропромышленного комплекса // Иващук О.А., Бурлаков Н.В., Константинов И.С., Рудаков Е.С., Федоров В.И., Щербинина Н.В. – Информационные системы и технологии. 2022. - № 1 (129). - С. 59-68.

8. Обзор методов и алгоритмов автоматизированных систем фенотипирования растений // О.А. Иващук, Бережной В.А., Семенов Д.С. – Современные наукоемкие технологии. -2021. - № 4. - С. 111-116.

9. Моделирование киберфизической системы интеллектуального мониторинга и управления экологической безопасностью АПК / О.А. Иващук, Константинов И.С., Федоров В.И., Щербинина Н.В., Маслаков Ю.Н. – Научно-технический вестник Поволжья. -2021. - № 11. - С. 52-55.

10. Информационно-аналитическая система мониторинга и анализа выполнения региональных социально-экономических программ / О.А. Иващук, Ломазов А.В., Ломазов В.А., Нестерова Е.В.. – Инженерный вестник Дона. - 2021. - № 4 (76). - С. 216-225

11. Разработка информационного обеспечения для систем экологического мониторинга сельско-городских территорий на основе комплексной оценки почв // О.А. Иващук, Иващук О.Д. Федоров В.И., Щербинина Н.В. – Информационные системы и технологии. -2020. - № 2 (118).- С. 38-46.

12. Цифровые технологии для оценки и прогнозирования влияния пространственно-временного распределения парниковых газов на фотосинтетическую активность сельскохозяйственных культур//Иващук О.А., Кузичкин О.Р., Гончаров Д.В., Дунаева В.А./Известия Юго-Западного государственного университета. 2023. Т. 27. № 1. С. 38-56

13. Алгоритмы обработки сигналов в системах фазометрического геоэкологического контроля во временной и частотной области/Бакнин М.Д., Васильев Г.С., Еременко С.В., Коваленко А.О., Кузичкин О.Р., Суржик Д.И.//

14. Информационные системы и технологии. 2022. № 5 (133). С. 83-92.

15. Оценивание энергетического резерва каналов связи при передаче данных с помощью малоразмерных бпла в условиях "умных городов"/Васильев Г.С., Кузичкин О.Р., Суржик Д.И., Подмастерьев К.В.//Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2022. № 2 (352). С. 184-193.

16. Регистрация геодинамических процессов фазометрическим методом в системах локального геоэкологического мониторинга/Суржик Д.И., Кузичкин О.Р., Васильев Г.С., Бакнин М.Д., Панькина Е.С.//Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2021. № 5 (349). С. 109-118.

17. Создание и исследование 3D-моделей для цифрового фенотипирования растений/ Иващук О.А., Бережной В.А., Маслаков Ю.Н., Федоров В.И.// Искусственный интеллект и принятие решений. 2022. № 4. С. 78-87.

18. Методы нейросетевой детекции сельскохозяйственных животных в плотных динамических группах на изображениях / Жигалов А.А., Иващук О.А., Бирюкова Т.К., Федоров В.И. // Искусственный интеллект и принятие решений. 2023. № 1. С. 55-66.

19. Метод комплексной оценки состояния сельскохозяйственных территорий в условиях динамики парникового эффекта на основе технологии искусственного интеллекта / Иващук О.А.Гончаров Д.В., Федоров В.И., Гурьянова О.И.// Современные наукоемкие технологии. 2023. № 2. С. 59-65.

20. Цифровые технологии для оценки и прогнозирования влияния пространственно-временного распределения парниковых газов на фотосинтетическую активность сельскохозяйственных культур/ Иващук О.А., Кузичкин О.Р., Гончаров Д.В., Дунаева В.А.// Известия Юго-Западного государственного университета. 2023. Том 27. № 1(2023). С. 38-56.

21. Моделирование автоматизированной системы управления производством растениеводческой продукции в условиях динамики парникового эффекта/ Гончаров Д.В., Иващук О.А., Федоров В.И.// Современные наукоемкие технологии. 2023. № 7. С. 27-33.

22. Method for Modeling and Visualization of Agricultural Crops Growth Based on Augmented Reality Technology in Terms of the Greenhouse Effect Dynamics/ Goncharov D.V., Ivashchuk O.A., Reznikov, N.G. // Proceedings - 2023 International Russian Smart Industry Conference, SmartIndustryCon 2023, 2023, Рр. 66–71.

23. Digital Clones at the Adaptable Control in the Agricultural Biotechnology/ Proceedings - 2023 International Russian Smart Industry Conference, SmartIndustryCon 2023, 2023, Рр.241–246// Ivashchuk O.A., Fedorov, V.I., Berezhnoy, V.A.

Основные проекты/ Грантовая активность и хоздоговора (за последние 5 лет):

1. Государственное задание 5.3606.2017/ПЧ «Разработка технологии раннего обнаружения и прогнозирования чрезвычайных ситуаций в природно-технических системах на основе автоматизированной совместной обработки разнородных данных геодинамического и геотехнического мониторинга локального и местных уровней». 2017-2019 (руководитель д.т.н., проф. Кузичкин О.Р.).

2. Государственное задание FZWG-2020-0029 «Разработка теоретических основ построения информационно-аналитического обеспечения телекоммуникационных систем геоэкологического мониторинга природных ресурсов АПК». 2020-2022 гг. (руководитель д.т.н., проф. Кузичкин О.Р.).

3. Грант РФФИ №18-48-310025 «Исследование и разработка методики автоматизированного комплексного геотехнического мониторинга в зонах активного проявления экзогенных процессов на основе применения фазометрических инклинометрических систем», 2019-2021 гг. (руководитель д.т.н., проф. Кузичкин О.Р.).

4. Государственное задание FZWG-2020-0034 «Исследование и разработка комплексных энергосберегающих охлаждающих и термоэлектрических регенеративных систем», 2020 – 2025 гг. (руководитель Васильев Г. С., к.т.н.).

5. Государственное задание № 40.5084.2017/БЧ «Исследование методов и моделирование процессов в биотехнологии и систематике растений», 2017 -2019 гг. (руководитель Иващук О.А., д.т.н., профессор).

6. Грант РНФ №22-11-20016 «Разработка и исследование интеллектуальной системы поддержки принятия решений по адаптации сельскохозяйственных территорий в условиях динамики парникового эффекта», 2022-2024 гг., (руководитель Иващук О.А. д.т.н., профессор).

Научные результаты (за последние 5 лет):

1. защищены докторские, кандидатские и магистерские диссертации на темы в рамках научного направления;

2. опубликовано более 200 научных статей в рецензируемых отечественных и зарубежных научных изданиях;

3. получено более 20 охранных документов на РИД;

4. осуществлено руководство и принято участие более чем в 10 научных проектах, поддерживаемых различными фондами и организациями;

5. результаты научно-исследовательской деятельности были широко представлены и отмечены дипломами и медалями на различных международных конференциях и выставках.

Созданные в результате научно-исследовательской работы технологии, методы, модели, программно-алгоритмические комплексы, информационные системы смогут эффективно использоваться при создании и практическом функционировании интеллектуальных сетей управления функциями инновационно-ориентированных территорий любого уровня и назначения.

Полученные результаты научных исследований особенно важны для таких быстроразвивающихся регионов, как Белгородская область, где функционируют крупные территориальные промышленные кластеры (горно-металлургический, обрабатывающий, строительный, аграрный и др.).

Информацию предоставила О.А. Иващук 20.11.2023