Дисертації (ПЗКС)
Постійне посилання зібрання
У зібранні розміщено дисертації, які захищені працівниками кафедри.
Переглянути
Перегляд Дисертації (ПЗКС) за Ключові слова "algorithm"
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Результатів на сторінці
Налаштування сортування
Документ Відкритий доступ Алгоритмічне та програмне забезпечення для виявлення та прогнозування екологічних загроз на основі аналізу гетерогенних потокових даних(КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2026) Ільїн, Максим Олександрович; Олещенко, Любов МихайлівнаІльїн М. О. Алгоритмічне та програмне забезпечення для виявлення та прогнозування екологічних загроз на основі аналізу гетерогенних потокових даних – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії з галузі знань 12 Інформаційні технології за спеціальністю 121 Інженерія програмного забезпечення. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2026. Оброблення та аналіз гетерогенних потокових даних екологічного моніторингу є складною задачею через різнорідність форматів, асинхронність надходження, багатомовність та змінюваність форм слів у текстах, невідповідність часових баз, різні одиниці виміру, пропуски та шуми в рядах сенсорних даних, а також вимоги до часу відгуку обчислень. Стандартні програмні конвеєри з відсутністю єдиної просторово-часової основи не забезпечують стабільного геоприв'язування та узгоджених агрегатів, що призводить до помилок у локалізації подій, дублювання супутникових виявлень та нестабільної швидкодії. У зв'язку з цим виникає потреба в інтегрованому підході, який поєднує нормалізацію форматів та часових поясів, геокодування зі збереженням коректності для різних словоформ, просторово-часове вирівнювання на шестикутній сітці та двошарову агрегацію добових індикаторів ризику. Упродовж останніх років такі підходи успішно застосовуються у задачах кризового моніторингу та геоаналітики, що підтверджує доцільність створення уніфікованого програмного засобу для високопродуктивного оброблення великих потоків даних та адаптації до мінливих умов. Метою дисертаційної роботи є підвищення швидкодії оброблення гетерогенних потокових даних, точності геоприв'язування та забезпечення відтворюваності просторово-часових показників екологічних ризиків шляхом створення алгоритмічного та програмного забезпечення для реалізації конвеєра уніфікації, геокодування та агрегації гетерогенних потокових даних. У першому розділі дисертації проведено аналіз сучасного стану досліджень з програмної аналітики потокових даних для моніторингу та прогнозування екологічних загроз. Розглянуто основні підходи до оброблення гетерогенних екологічних даних, зокрема, OSINT-повідомлень, сенсорних вимірювань та геопросторової інформації. У межах аналізу програмних рішень для моніторингу екологічних загроз було розглянуто як міжнародні програмні системи (ACLED, GDELT, Liveuamap), так і національні системи моніторингу (EcoZagroza, Ecodozor, SaveEcoBot), виявивлено їх переваги та обмеження, зокрема, у сфері інтеграції мультимодальних OSINT-джерел, оперативного геокодування та прогнозної аналітики. Аналіз наявних програмних систем моніторингу екологічних загроз підтвердив наукову та практичну актуальність розроблення алгоритмічних та програмних засобів для аналізу та прогнозування екологічних загроз на основі гетерогенних потокових даних, що важливо в умовах воєнних дій та підвищених екологічних ризиків, коли оперативна інформація та її точна інтерпретація можуть рятувати життя. Окрему увагу приділено архітектурним шаблонам сучасних програмних систем та їх структурним обмеженням. На основі проведеного аналізу було сформульовано функціональні та нефункціональні вимоги до програмного забезпечення. У другому розділі розроблено методи проєктування програмного забезпечення для аналізу гетерогенних потокових даних, орієнтовані на підтримку аналізу даних в реальному часі та прийняття рішень в умовах невизначеності. Запропоновані методи збору та попередньої обробки потокових даних з різних джерел, а також методи розпізнавання подій на основі оброблення природної мови для аналізу текстових OSINT-повідомлень. Розроблено метод геокодування зі збереженням коректності для різних словоформ у багатомовних повідомленнях. Запропоновано метод багатоджерельної перевірки та фільтрації якості подій, а також ймовірнісну геопросторову модель прийняття рішень, яка інтегрує результати аналізу гетерогенних потоків даних у єдиному формалізованому просторі. Запропонований архітектурний шаблон H3-DSMV призначений для обробки геопросторових потокових даних та поєднує принцип єдиного джерела істини, ієрархічну узгодженість просторових агрегацій та мінімальну інфраструктурну складність. Фіксація подій на дрібнішій сітці H3 з автоматичним формуванням матеріалізованих подань на вищому рівні роздільності забезпечує коректну та швидку аналітику без дублювання даних та втрати точності. Основними перевагами підходу є висока просторово-часова точність, детермінована агрегація, автоматична синхронізація подань, зменшення накладних витрат на інфраструктуру та підвищена надійність і масштабованість системи в задачах реального часу. У третьому розділі розроблено архітектуру та здійснено програмну реалізацію модульної системи оброблення потокових даних на основі мікропакетного конвеєра. Запропоновано модульну архітектуру з використанням H3-агрегації та матеріалізованих подань, що забезпечує просторово-часову агрегацію гетерогенних потоків даних. Реалізовано модулі оброблення мовних компонент, геопросторової підсистеми з підтримкою морфологічно коректного геокодування, а також спеціалізований модуль аналізу потокових даних про стан довкілля. Інтегровано прогнозування на основі LSTM-моделі для аналізу часових залежностей екологічних показників. У четвертому розділі проведено експериментальні дослідження запропонованого програмного забезпечення. Описано експериментальні сценарії та використані джерела OSINT-подій, сформульовано методологію оцінювання та обрано відповідні метрики якості. Проаналізовано результати геопросторового аналізу та прогнозування екологічних загроз, а також виконано порівняння запропонованої системи з наявними програмними рішеннями. Узагальнюючи результати проведених експериментальних досліджень, можна стверджувати, що розроблене програмне забезпечення демонструє системну перевагу над наявними рішеннями екологічного моніторингу завдяки поєднанню потокового режиму оброблення, багатоджерельної верифікації подій та просторово-часової агрегації на основі шестикутної сітки H3. На відміну від систем Safecast та SaveEcoBot, які орієнтовані відповідно на сенсорні або OSINT-дані та не забезпечують повноцінної автоматичної валідації, запропоноване програмне забезпечення інтегрує текстові повідомлення, супутникові спостереження та фізичні вимірювання, що істотно зменшує похибки та кількість хибних спрацювань. Порівняння з Copernicus EMS показало, що хоча супутникові офлайн-системи і забезпечують дещо вищу просторову точність, проте вони не придатні для оперативного реагування через значні часові затримки. Експериментальні результати підтвердили, що розроблене програмне рішення забезпечує зіставну з еталонними системами точність геопросторової локалізації подій у потоковому режимі (85% коректних прив’язувань) при суттєво меншому середньому часі отримання результату (близько 6 хв). Запровадження інтегрального показника, який поєднує точність та оперативність, дозволило обґрунтовано показати, що саме розроблене програмне забезпечення є найбільш збалансованим для задач оперативного екологічного моніторингу, перевершуючи альтернативні системи за сукупною ефективністю. Додатково було встановлено, що використання багатоджерельної перевірки та ймовірнісної моделі прийняття рішень дозволяє істотно зменшити похибку агрегованої оцінки ризику за умов неповних або зашумлених даних (до 8%), а також знизити частоту хибних спрацювань до 4%. Це є критично важливим для практичних сценаріїв, пов’язаних з воєнними та техногенними загрозами, де дані часто є фрагментованими та несинхронізованими. Оцінка експлуатаційних характеристик показала, що розроблене програмне забезпечення має значно меншу затримку оброблення та знижене ресурсоспоживання порівняно з аналізованими аналогами, що підтверджує його придатність для розгортання в умовах обмежених обчислювальних та енергетичних ресурсів. У сукупності отримані результати підтверджують наукову обґрунтованість та практичну доцільність запропонованих методів та програмної реалізації для систем оперативного моніторингу стану довкілля і раннього попередження про екологічні та техногенні загрози. Також було розглянуто переваги та особливості практичного впровадження розробленого програмного забезпечення. Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному. Уперше розроблено метод геокодування зі збереженням коректності для різних словоформ багатомовних OSINT-повідомлень, характерними рисами якого є поєднання морфологічної нормалізації змінюваних форм, каскаду точного, нечіткого та фонетичного зіставлення з реєстром географічних назв та усунення контекстуальної неоднозначності в локальному оточенні H3, що, на відміну від існуючих методів геокодування, орієнтованих на англомовні тексти, дає змогу підвищити частку коректних прив’язувань топонімів в середньому на 21% та скоротити середній час пошуку координат в середньому на 51 %. Уперше розроблено ймовірнісну геопросторову програмну модель прийняття рішень на основі аналізу гетерогенних потокових даних, характерними рисами якої є інтеграція результатів геокодування, багатоджерельної перевірки та доменної агрегації на шестикутній сітці H3 з підтримкою сценарних обмежень, що, на відміну від відомих моделей, дає змогу оцінювати небезпечні зони, формувати рекомендації щодо планування евакуації та розміщення нових укриттів з кореляцією 0,78 з офіційними повітряними тривогами. Уперше розроблено архітектуру уніфікованого мікропакетного конвеєра гармонізації гетерогенних потоків даних, характерними рисами якого є детерміноване перетворення подій до єдиної часової бази, нормалізація одиниць вимірювання та уніфікація схем подій у межах одного процесу, що, на відміну від стандартних багатоетапних ETL-конвеєрів, дає змогу скоротити затримку уніфікації в середньому на 80%. Уперше розроблено архітектурний шаблон H3-DSMV (Dual Scale Materialized Views) для аналізу гетерогенних потоків даних, характерними рисами якого є фіксація подій на дрібнішій сітці r10 з автоматичною побудовою та підтримкою матеріалізованих подань на вищій сітці r7, що, на відміну від розподілених архітектур з окремими компонентами агрегації, дає змогу в 5 разів скоротити середній час відповіді системи. Запропоновані методи та програмне рішення забезпечують безперервний моніторинг екологічних ризиків, підтвердження подій за кількома джерелами, формування добових просторово-часових індикаторів для підтримки прийняття рішень органами цивільного захисту та екологічного нагляду, а також застосування на обмежених обчислювальних ресурсах у режимі автономної роботи. Удосконалені процедури доменної агрегації ризику для гетерогенних потокових даних екологічного моніторингу, на відміну від існуючих процедур, поєднують FRP-агрегацію, метеокорекцію для врахування вітру та метеофакторів, нормування радіаційних показників та єдину часову базу. Запропонований метод інтеграції LSTM-прогнозування у єдиний просторово-часовий конвеєр екологічного моніторингу, на відміну від реактивних методів моніторингу, забезпечує перехід до проактивного режиму підтримки рішень на основі короткострокових прогнозів. Основні наукові результати дисертаційної роботи опубліковано у 11 наукових працях, зокрема, у 6 наукових статтях, опублікованих у фахових виданнях, включених до переліку наукових фахових видань України з присвоєнням категорії «Б», та у 5 матеріалах науково-технічних конференцій.