Разработка, создание и исследование распределенных информационных систем для поддержки принятия решений и автоматизации процессов

В отчете представлены результаты третьего этапа работ, полученные в 2023 году по четырем направлениям (разделам): I) Теоретико-информационные подходы, методы построения и анализа защищенных информационных систем. II) Методы и алгоритмы обработки, анализ данных в распределенных информационных системах. III) Информационные системы мониторинга и оценки рисков развития социально-природно-техногенных систем для принятия управленческих решений. IV) Технологии и средства распределенных систем мониторинга и автоматизации технологических процессов технических систем и инженерных сооружений. Объекты исследования – шифры с секретным ключом; модели интеграции распределенных информационных ресурсов, базы данных, протоколы и интерфейсы доступа к данным, технологии интеграции гетерогенных данных, языки запросов, тексты на естественном языке; С-П-Т система регионов и муниципальных образований с учетом формирования рисков развития природных и антропогенных опасностей; технологические процессы и оборудование опасных промышленных объектов; программное и техническое обеспечение АСУ ТП; особо опасные, технически сложные и уникальные строительные объекты; техническое состояние зданий и сооружений; сейсмостойкость зданий и сооружений по динамическим характеристикам, включая диссипативные характеристики, для обеспечения их безопасной эксплуатации. Цель работы: разработка и развитие эффективных методов, моделей, алгоритмов и технологий распределенных информационных систем для решения фундаментальных и прикладных задач в области информационной безопасности, мониторинга и анализа рисков развития сложных техногенных и природных систем, исследования технического состояния и автоматизации процессов критически важных и опасных промышленных объектов для научно обоснованного принятия решений. Методы исследований. В работе использованы методы теории информации (алгоритмической и классической), криптографии, теории вероятностей, теории случайных процессов и теории алгоритмов; методы и принципы анализа механизмов функционирования распределенных гетерогенных информационных систем, в том числе с использованием анализа потоков данных, экспертные наборы данных с заранее известными характеристиками; методы математического моделирования, анализа и выбора технологий, архитектурные принципы озера данных, принципы работы цифровых фабрик и современные методы геоинформационного мониторинга; методы построения систем передачи цифровых данных в распределенных средах, системный анализ, использованы методы корреляционного и спектрального анализа, теории упругости и надежности, включая методы имитационного моделирования, системный анализ, методы формальной верификации. Основные результаты работы третьего этапа в 2023 г.: - Предложен метод построения доказано невскрываемого шифра, у которого длина секретного ключа не зависит от длины сообщения. - Разработан подход для эффективного комбинирования ранжированных списков документов, полученных по запросу из различных поисковых систем. - Разработана технология проведения семантического анализа таблиц и экспорта полученной информации в OWL-онтологию. - Для малоресурсных языков со сложной морфологией и гибким порядком слов разработаны алгоритмы синтаксического анализа. - Проведено исследование информационной энтропии поэтических текстов с использованием записи в буквенном и в фонетическом алфавите. - Разработан алгоритм тематического моделирования для построения электронного каталога библиотеки в форме рекомендательного сервиса. - Проведен анализ документов и новостей на корпоративном сайте Сибирского отделения РАН – портале СО РАН. - Предложен прототип нормативного документа, регламентирующего разработку паспорта безопасности территории промышленного региона. - Проведены оценки базовых рисков С-П-Т систем промышленных регионов СФО. - Разработан универсальный программный комплекс мониторинга социально-природно-техногенной безопасности территорий на основе риск-ориентированного подхода. - Модифицирована конструкторская документация и изготовлены экспериментальные образцы блоков РКПА и РКГ, обеспечивающих сбор, архивацию и передачу данных в центр обработки в реальном времени. - Разработана модель цифровой фабрики, интегрирующей средства хранения данных, Интернет вещей, методы искусственного интеллекта и аналитику данных. - Оптимизирован алгоритм и структура функционирования ИПАК. - Созданы экспериментальные образцы компонентов и разработано программное обеспечение контроллера ФКП. - Предложена методика тягового расчета ленточных конвейеров и система контроля натяжения ленты конвейера. - Определены модели вертикальных колебаний четырёх мостовых сооружений различного конструктивного исполнения. Выполнено обследование каркасных зданий повышенной этажности инженерно-сейсмометрическим методом. Область применения. Основными направлениями перспективного применения разработок является решение следующих задач: ˗ тестирование генераторов случайных чисел в системах криптографической защиты информации, а также и в других областях, где применяются случайные числа (численные методы, компьютерные игры и т.п.); ˗ технологии построение распределенных гетерогенных информационных систем и электронных библиотек, а также в других научных областях, связанных с обработкой больших массивов данных; ˗ обеспечение информационной поддержки территориального управления, научно-технологической базы мониторинга источников опасностей и чрезвычайных ситуаций; ˗ обследование технического состояния зданий и сооружений неразрушающим инженерно-сейсмометрическим методом органами МЧС России, Ростехнадзора и другими ведомствами, отвечающими за безопасность населения; создание стендов, предназначенных для проведения испытаний программных и аппаратных компонентов АСУ ТП в условиях реальной помеховой обстановки. Значимость работы. 1. Впервые предложен асимптотически наиболее мощный статистический тест для верификации генераторов случайных чисел. 2. Возможность формирования новых подходов к технологиям построения информационных систем, пользовательских и административных интерфейсов доступа к информации. 3. Развитие научных основ решения сложных задач управления, требующих анализа мультимодальных данных. 4. Развитие технологий оценки текущего технического состояния и сейсмостойкости низконапорных плотин и каркасных зданий повышенной этажности; повышение эффективности аппаратно-программных средств, учитывающих влияние внешних факторов в виде электромагнитных помех и параметров линий связи, реализующих распределенное моделирование разнородных технических систем. Тематика работ соответствует приоритетным направлениям Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации (СНТР) (Указ Президента РФ от 1 декабря 2016 г. N 642): - переход к передовым цифровым, интеллектуальным производственным технологиям, роботизированным системам, новым материалам и способам конструирования, создание систем обработки больших объемов данных, машинного обучения и искусственного интеллекта; - противодействия техногенным, биогенным, социокультурным угрозам, терроризму и идеологическому экстремизму, а также киберугрозам и иным источникам опасности для общества, экономики и государства. Результаты работ опубликованы в отечественных и зарубежных рецензируемых журналах, доложены на российских и международных конференциях, программные комплексы защищены свидетельствами о регистрации программ для ЭВМ.