Models of Computation for Digital Twins Data Processing

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorSulema, Ye. S.
dc.contributor.authorRvach, D. V.
dc.date.accessioned2021-04-01T15:13:42Z
dc.date.available2021-04-01T15:13:42Z
dc.date.issued2020
dc.description.abstractenBackground. The digital twin is a virtual model of a physical object or process (physical twin) which fully reflects its characteristics in dynamics over a period of time. The concept of digital twin involves the representation, processing, manipulation of multimodal data which characterizes the physical twin. The digital twin data processing requires new models of computation in order to simplify synchronization and aggregation of multimodal data for both behaviour and appearance models of the digital twin. Objective. The purpose of the research presented in this paper is to develop models of computation for digital twins data processing as well as to fulfil practical implementation of multimodal data synchronization and aggregation for e-health applications. Methods. The basic computation model is based on the concept of a multi-image which is considered as a data mathematical model. The notion of a multi-image is defined in the algebraic system of aggregates. In the basic computation model the multi-image is a key abstraction, which is defined at two levels: at the level of input data formation and at the level of formation of multimodal data structure to be processed. The advanced computation model for digital twins includes three stages of synchronization and aggregation, a stage of data processing of both the behavioural model and the appearance model according to the specific task of studying the real-world object (physical twin), and a stage of reproducing the digital twin. Results. The proposed computation schemes make it easy to synchronize and aggregate heterogeneous data entering into a computer system from multiple sources. The results obtained in the experimental part on this research allow concluding that the computational complexity of multimodal data processing is reduced in comparison with the traditional approach. Conclusions. Two computation models are proposed for digital twin data processing: a basic computation model and a computation advanced model for digital twins. The key component of these models is multimodal data synchronization and aggregation procedure. A mathematical apparatus of the algebraic system of aggregates is used in the presented research to simplify synchronization and aggregation of multimodal data defined in time.uk
dc.description.abstractruПроблематика. Цифровой двойник представляет собой виртуальную модель физического объекта или процесса (физического двойника), которая полностью отражает его характеристики в динамике в течение определенного периода времени. Концепция цифрового двойника предусматривает представление, обработку, манипулирование всеми данными, характеризующими физического двойника. Обработка данных цифрового двойника требует новых моделей вычислений для упрощения синхронизации и агрегации мультимодальных данных поведенческой и визуальной моделей цифрового двойника. Цель исследования. Статья посвящена разработке моделей вычислений для обработки данных цифровых двойников и практической реализации синхронизации и агрегации мультимодальных данных для приложений электронного здравоохранения. Методика реализации. Базовая модель вычислений основывается на понятии мультиобраза как математической модели данных. Понятие мультиобраза определено в алгебраической системе агрегатов. В базовой модели вычислений мультиобраз является ключевой абстракцией, которая определяется на двух уровнях: на уровне формирования входных данных и на уровне формирования структуры мультимодальных данных, подлежащих обработке. Основная модель вычислений включает в себя три этапа синхронизации и агрегации, этап обработки данных поведенческой и визуальной моделей в соответствии с конкретной задачей исследования объекта (физического двойника) и этап воспроизведения цифрового двойника. Результаты исследования. Предложенные схемы вычислений позволяют упростить синхронизацию и агрегацию неоднородных данных, поступающих в компьютерную систему из многих источников. Результаты, полученные в экспериментальной части этого исследования, позволяют сделать вывод, что вычислительная сложность обработки мультимодальных данных уменьшается по сравнению с традиционным подходом. Выводы. Предложены две модели вычислений для обработки данных цифровых двойников: базовая модель вычислений и модель вычислений для обработки данных цифровых двойников. Ключевым компонентом этих моделей являеются синхронизация и агрегация мультимодальных данных. Для решения задачи синхронизации и агрегации мультимодальных данных, определенных во времени, применен математический аппарат алгебраической системы агрегатов.uk
dc.description.abstractukПроблематика. Цифровий двійник являє собою віртуальну модель фізичного об’єкта або процесу (фізичного двійника), яка повністю відображає його характеристики в динаміці протягом певного періоду часу. Концепція цифрового двійника передбачає подання, оброблення, маніпулювання всіма даними, що характеризують фізичного двійника. Оброблення даних цифрового двійника вимагає нових моделей обчислень для спрощення синхронізації та агрегації мультимодальних даних поведінкової та візуальної моделей цифрового двійника. Мета дослідження. Стаття присвячена розробленню моделей обчислень для оброблення даних цифрових двійників і практичній реалізації синхронізації та агрегації мультимодальних даних для застосунків електронної охорони здоров’я. Методика реалізації. Базова модель обчислень ґрунтується на понятті мультиобразу як математичної моделі даних. Поняття мультиобразу визначене в алгебричній системі агрегатів. У базовій моделі обчислень мультиобраз є ключовою абстракцією, яка визначається на двох рівнях: на рівні формування вхідних даних та на рівні формування структури мультимодальних даних, що підлягає обробленню. Основна модель обчислень включає в себе три етапи синхронізації та агрегації, етап оброблення даних поведінкової та візуальної моделей відповідно до конкретної задачі дослідження об’єкта (фізичного двійника) та етап відтворення цифрового двійника. Результати дослідження. Запропоновані схеми обчислень дають змогу спростити синхронізацію та агрегацію неоднорідних даних, що надходять у комп’ютерну систему з багатьох джерел. Результати, отримані в експериментальній частині цього дослідження, дають можливість зробити висновок, що обчислювальна складність оброблення мультимодальних даних зменшується порівняно з традиційним підходом. Висновки. Запропоновано дві моделі обчислень для оброблення даних цифрових двійників: базову модель обчислень та модель обчислень для оброблення даних цифрових двійників. Ключовим компонентом цих моделей є синхронізація та агрегація мультимодальних даних. Для розв’язання задачі синхронізації та агрегації мультимодальних даних, визначених у часі, застосовано математичний апарат алгебричної системи агрегатів.uk
dc.format.pagerangePp. 74-81uk
dc.identifier.citationSulema, Ye. S. Models of Computation for Digital Twins Data Processing / Ye. S. Sulema, D. V. Rvach // Наукові вісті КПІ : міжнародний науково-технічний журнал. – 2020. – № 2(129). – С. 74–81. – Бібліогр.: 10 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/kpi-sn.2020.2.205131
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/40384
dc.language.isoenuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.relation.ispartofНаукові вісті КПІ : міжнародний науково-технічний журнал, 2020, № 2(129)uk
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/en
dc.subjectdigital twinuk
dc.subjectmodel of computationuk
dc.subjectmultimodal data processinguk
dc.subjectalgebraic system of aggregatesuk
dc.subjectцифровий двійникuk
dc.subjectмодель обчисленьuk
dc.subjectоброблення мультимодальних данихuk
dc.subjectалгебрична система агрегатівuk
dc.subjectцифровой двойникuk
dc.subjectмодель вычисленийuk
dc.subjectобработка мультимодальных данныхuk
dc.subjectалгебраическая система агрегатовuk
dc.subject.udc004.6uk
dc.titleModels of Computation for Digital Twins Data Processinguk
dc.title.alternativeМоделі обчислень для оброблення даних цифрових двійниківuk
dc.title.alternativeМодели вычислений для обработки данных цифровых двойниковuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
NVKPI2020-2_08.pdf
Розмір:
527.67 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.01 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Наукові вісті КПІ: міжнародний науково-технічний журнал, № 2(129)