«Наука в Сибири» ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
|
Главный корпус ВКГТУ украшен приветствием участникам конференции ВИТ. |
Разные города Казахстана уже шесть раз принимали у себя участников конференций «Вычислительные и информационные технологии». В Усть-Каменогорске в первый раз такая конференция была организована в 2003 г. на базе Восточно-Казахстанского государственного университета им. С. Аманжолова, и вот десять лет спустя Восточно-Казахстанский государственный технический университет принял эту важную эстафету.
К открытию конференции 19 сентября были приурочены праздничные торжества в честь
В настоящее время по данным различных рейтингов университет уверенно входит в число лучших вузов Казахстана по техническим специальностям. И его выбор в качестве площадки для проведения международной конференции отнюдь не случаен. Сегодня ВКГТУ является одним из лидеров в области информационных и вычислительных технологий в стране. В последние годы учёными университета успешно выполняются исследования в рамках грантовых проектов «Математические вопросы для разностных схем уравнений пограничного слоя атмосферы», «Разработка информационной технологии моделирования загрязнения атмосферы и локализация источников примеси по данным измерений с использованием вариационного алгоритма» (для Усть-Каменогорска тематика сверхактуальная — чёрное облако смога над городом хорошо видно даже на снимках из космоса), а также «Разработка онтологической базы знаний
Нельзя упускать из виду и роль личности в истории вуза и его взаимоотношений с ближними и дальними соседями. С ноября 2010 года ВКГТУ возглавляет профессор Н. М. Темирбеков, доктор физико-математических наук, известный специалист в области приложения матметодов к экологическим проблемам промышленных регионов. Много лет он был проректором соседнего (действительно так — вузы находятся на одной площади) Восточно-Казахстанского госуниверситета, и тогда международные научные сборы математиков проходили в его стенах. Вклад этого человека в организацию нынешней конференции невозможно переоценить.
С поздравлением вузу-юбиляру выступает проф. Н.Т. Данаев, за столом: ректор ВКГТУ проф. Н.М. Темирбеков и заместитель министра образования и науки Республики Казахстан А.К. Тулешев. |
В торжественном заседании принял участие заместитель председателя Комитета науки Министерства образования и науки Республики Казахстан проф. А. К. Тулешев. В адрес вуза-юбиляра прозвучали приветственные слова от имени министра образования и науки РК, акима (губернатора) Восточно-Казахстанской области, зарубежных участников конференции. Большая группа сотрудников университета была награждена почётными грамотами.
Однако год 2013-й стал многократно юбилейным. Помимо
В конференц-зале все поколения. |
Торжественную часть завершил замечательный праздничный концерт, подготовленный студенческими коллективами ВКГТУ.
Праздничный концерт студенческих коллективов ВКГТУ. |
Известно, что становление целых поколений казахстанских учёных связано с новосибирским Академгородком. Математическая школа Казахстана сложилась при участии академиков М. А. Лаврентьева, И. Н. Векуа, Г. И. Марчука, Н. Н. Яненко, С. К. Годунова, других выдающихся деятелей науки. С первых дней Сибирского отделения в Академгородке работал замечательнейший человек профессор А. Д. Тайманов, академик АН КазССР, многое сделавший для развития математической науки в Сибири. Сегодня его сын И. А. Тайманов — действительный член Российской академии наук. В Новосибирске учились и работали академик У. М. Султангазин и профессор Ш. С. Смагулов, которые сами стали основателями известных научных школ.
— Начало серии наших совместных мероприятий произошло в довольно будничной обстановке, когда мы договорились с Б. Т. Жумагуловым, Ш. С. Смагуловым,
Н. Т. Данаевым начать проводить в Казахстане конференции по вычислительным методам, подобные тем, что уже проводили в России, — вспоминает ак. Ю. И. Шокин. — В 2002 году после длительного перерыва мы организовали в Алма-Ате большую конференцию по вычислительным технологиям и математическому моделированию, на которой, к всеобщему удивлению, собралось около 400 участников. Прошло не так много лет, и мне кажется, что нам удалось восстановить ту научно-организационную жизнь в Казахстане, которая была, по сути дела, разрушена в начале
Первоначально эти конференции были российско-казахстанскими и казахстанско-российскими, но практически с первой встречи благодаря академику А. Ж. Жайнакову и профессору З. Х. Юлдашеву к нам присоединились Кыргызстан и Узбекистан, поэтому круг сотрудничества сразу стал более широким. Затем мы подключили сюда сотрудничество с Германией и Сербией. В начале сентября в Сербии закончилась российско-казахстанско-узбекско-киргизско-сербско-германская конференция, уже третья по счёту.
За это время у нас появились и совместные монографии, и совместные учебные пособия, которые издавались как в Казахстане, так и в России. Труды конференций выходили в серии шпрингеровских изданий (несколько выпусков издательства «Шпрингер» с работами казахстанских учёных были переданы в дар библиотеке ВКГТУ. — Авт). Российские учёные постоянно ездят в Казахстан читать лекции, участвуют в работе научных советов, комиссий и т.д. Мы стараемся привлечь к нашему сотрудничеству молодёжь, и я считаю, у нас это получается.
Огромное значение имеет то, что во всех мероприятиях, которые мы проводим в Казахстане, власти республики всегда поддерживают наши начинания, поддерживают искренне, и это замечательно. Для нас важно, что наших друзей в Казахстане ценит государство, и важно, чтобы у научного сообщества Казахстана признание было не только казахстанское, но и международное.
Коллективный снимок на память. |
Рабочая программа конференции началась с пленарного доклада ак. Ю. И. Шокина «Построение системы регионального спутникового мониторинга на основе корпоративной сети передачи данных СО РАН».
Пленарное заседание конференции: в первом ряду ак. Ю.И. Шокин, ак. НАН Кыргызстана А.Ж. Жайнаков, во втором ряду |
Работы по созданию важнейшего компонента инфраструктуры науки — локальных, региональных и межрегиональных компьютерных сетей, интегрированных в глобальную сеть Интернет, а также специализированных телекоммуникационных, мультимедийных, информационных и вычислительных сервисов, в Сибирском отделении активно ведутся с середины 80-х годов. О разных этапах этих работ наша газета регулярно рассказывала читателям. Два десятилетия упорного труда увенчались высоким государственным признанием — коллективу, возглавляемому академиком Ю. И. Шокиным, присуждена премия Правительства РФ 2012 года в области науки и техники. В настоящее время СПД охватывает все научные центры Сибирского отделения от Тюмени до Якутска, в ней работает более 50 тыс. пользователей.
Системы космического мониторинга — один из самых интенсивных генераторов данных. Для работы с этими данными Институт вычислительных технологий СО РАН получил лицензию Федерального космического агентства на осуществление космической деятельности. Поддержка постоянного доступа к данным дистанционного зондирования Земли, организация полного цикла их обработки потребовали совершенствования Сети передачи данных СО РАН включая создание её узла на территории выносного комплекса НИЦ «Планета» Росгидромета, что находится в Новом посёлке под Новосибирском. Основные функциональные задачи узла: приём потока «сырых» данных от спутниковых комплексов, промежуточное резервное хранение поступающих данных и предоставление возможности их использования для всех институтов Сибирского отделения.
— Толчком к новому витку работ в Сибирском отделении несколько лет назад послужила инициатива полпреда Президента РФ в Сибирском федеральном округе А. В. Квашнина, — рассказывает ак. Ю. И. Шокин. — На него колоссальное впечатление произвели ночные снимки России со спутника, на которых за Уралом освещена только узенькая полоса на юге вдоль Транссиба, ещё чуть-чуть около Норильска, а дальше — темнота. На ночных снимках Казахстана наблюдается похожая картина — здесь тоже есть практически незаселённые районы. Это говорит о том, что громадная территория никем не контролируется. У нас возникла даже проблема несанкционированной вырубки лесов или добычи полезных ископаемых. Например, в одном не столь отдалённом районе в течение нескольких лет незаконно добывали уголь!
В Казахстане сегодня остро стоят проблемы мониторинга загрязнения окружающей среды, учёта влаги, снежного покрова зимой, прогноза урожайности, распространения тех или иных заболеваний. Создание центров обработки данных и соответствующих программных продуктов, алгоритмов и много другого — это задача и инженерная, и математическая. Научное сообщество призвано дать новые алгоритмы и новые экспертные оценки для принятия тех или иных решений соответствующими государственными структурами. И здесь открывается много возможностей для молодых: и практически неограниченный объём работы, и хорошие перспективы для карьерного роста, научного или административного.
Мы с Наргозы Турсынбаевичем Данаевым будем говорить о будущем сотрудничестве в рамках этих задач. У нас есть предложения по новым техническим устройствам, которые созданы бывшими нашими соотечественниками, живущими сейчас в других странах (США, Германия, Израиль). Они готовы их нам предоставить для совместных работ.
Профессор Н. Т. Данаев — директор НИИ математики и механики при КазНУ, лауреат Государственной премии Казахстана. Его формирование как специалиста тесно связано в Новосибирским университетом и Сибирским отделением.
— Действительно, за годы сотрудничества сделано немало, — продолжает тему научных связей Н. Т. Данаев. — Налажена работа в Казахстане конференции ВИТ, помимо неё регулярно проводятся совещания Рабочей группы по вычислительным и информационным технологиям. Наши молодые учёные, магистранты и докторанты ездят в Новосибирск, участвуют в различных научных форумах, школах по высокопроизводительным вычислениям. И самое главное, для нас всё это делается бесплатно, за что мы глубоко признательны.
Благодаря Юрию Ивановичу Шокину налажены очень хорошие отношения с вычислительным центром города Штутгарта в Германии. Там мы тоже проводили конференции, семинары и т.д. В общем, работа идёт успешно.
Тема пленарного доклада проф. Н. Т. Данаева на конференции — «Итерационные методы решения сеточных уравнений тепловой конвекции».
— В Казахстане численными методами гидродинамики занимается большая группа исследователей, — рассказывает учёный. — Прежде всего, это заслуга нашего покойного друга Ш. С. Смагулова, которого можно считать основателем данной школы в Казахстане. В основном мы занимаемся конкретными прикладными задачами, но заслуга Шалтая Смагуловича состоит в том, что он всегда уделял особое внимание математическому обоснованию разработанных методов. Я могу назвать группы гидродинамиков, которые в настоящее время трудятся в Казахском национальном университете на кафедре механики (ей много лет руководил Ш. С. Ершин), Казахстанско-Британском техническом университете (во главе с проф. У. К. Жапбасбаевым), в Евразийском университете в Астане работает очень интересная молодая группа под руководством декана механико-математического факультета проф. Н. Ж. Джайчибекова. Эта тематика у нас очень популярна, и мой доклад в какой-то мере посвящён её развитию.
Естественно, на международной конференции газетчик стремится расширить круг контактов. С академиком НАН Кыргызстана А. Ж. Жайнаковым мы собирались побеседовать на тему научного сотрудничества наших стран. Аманбек Жайнакович был искренне обрадован разговору с новосибирским журналистом:
— Моя судьба тесно связана с Сибирским отделением Академии наук. В 1984 году свою докторскую диссертацию я защитил в Институте теплофизики СО АН СССР. Большое влияние на моё научное становление оказали Самсон Семёнович Кутателадзе, Михаил Фёдорович Жуков, Владимир Елиферьевич Накоряков, Алексей Кузьмич Ребров, который был моим оппонентом. Все они и ряд других товарищей всесторонне обсудили мою работу, дали свои рекомендации, так что защита прошла блестяще, и я стал доктором физико-математических наук по специальности 01.04.14 «теплофизика». И через три-четыре месяца получил диплом, который мне вручал лично С. С. Кутателадзе.
Потом у меня сложились очень хорошие отношения с Институтом теоретической и прикладной механики, с Василием Михайловичем Фоминым, я оппонировал там докторскую диссертацию Олега Павловича Солоненко, вместе с ним мы написали совместную книгу. В 2007 году я приезжал отмечать
Для решения задач теплофизики я стал применять численные методы и электронно-вычислительные машины. Так получилось, что ещё для своей кандидатской диссертации я использовал ЭВМ. Своих в Кыргызстане тогда не было, я выполнял расчёты в Институте кибернетики в Ташкенте под руководством академика В. В. Кабулова. Об этом знали и поручили мне создавать вычислительный центр в республике. Так мы в 1976 году организовали в Кыргызстане межвузовский центр при Министерстве образования. Центр зарекомендовал себя с самой лучшей стороны, и Минвуз СССР (министр Милютин слушал мой доклад в Москве) постановил опыт нашего центра распространить во всех союзных республиках.
Года с 1990–1991 мы начали переходить от ЭВМ к персональным компьютерам. Я поехал во Францию и привёз для республики 195 комплексов фирм IBM и Hewlett-Packard, мы раздали их по школам и вузам и начали создавать компьютерную сеть.
Кроме того, на протяжении 17 лет я возглавляю в техническом университете кафедру информационных технологий и матмоделирования, которую сам и создавал. Мы готовим математиков, программистов, специалистов по информационным системам, проводим занятия по информатике для всех факультетов.
В результате всей этой деятельности к 1998 году опыт у нас уже был большой, и вместе с Ю. И. Шокиным,
Б. Т. Жумагуловым, Ш. С. Смагуловым я тоже стоял у истоков этой конференции. Мы принимали участие во всех конференциях, которые проходили в Алма-Ате, Новосибирске, Барнауле, в международной конференции
В 2011 г. я проводил конференцию «Вычислительные технологии и математическое моделирование в науке, технике и образовании» у нас в Кыргызстане. В ней приняли участие учёные из России, Казахстана, Германии, Сербии, других стран. Ю. И. Шокин и И. В. Бычков познакомились с нашим Центром информационных технологий и компьютерной сетью Кыргызстана и были очень довольны, что в республике уделяют серьёзное внимание этому направлению. Юрий Иванович Шокин был избран Почётным академиком Национальной академии наук Кыргызстана и Почётным профессором Кыргызского технического университета
им. И. Раззакова, которому в следующем году тоже будем отмечать
Как и в нашей стране, в системе высшего образования Казахстана весьма приветствуется привлечение в вузы зарубежных учёных. За последние три года в ВКГТУ читали лекции, консультировали магистрантов и аспирантов, руководили диссертационными работами, участвовали в научных исследованиях более 120 зарубежных специалистов из 16 стран мира.
Доктор технических наук, профессор Восточно-Баварского университета прикладных наук г.Амберг-Вайден (Германия) Найля Лут приезжает в ВКГТУ уже второй год подряд. Она читает лекции магистрантам и докторантам по направлению «Компьютерное зрение».
Город Амберг находится на юге Германии неподалёку от Нюрнберга. Технический университет здесь ещё молодой (ему только 20 лет) и небольшой (два факультета — информационных технологий и машиностроения). Расквартирован он в живописных кайзеровских казармах, конечно, уже не раз перестроенных.
— Компьютерное зрение — это интерпретация изображения в виде семантического описания, — объясняет проф. Н. Лут. — Компьютерное зрение пытается понять и симулировать зрительное восприятие человека, и уже в течение 60 лет математика применяется для этих целей. Началось это в конце 40-х годов, когда Джон фон Нейман разработал концепцию обработки изображений компьютерами. Сегодня системы компьютерного зрения используются везде. Объём рынка в Германии ежегодно составляет 1 млрд евро.
Почему компьютерное зрение сложно? Первое — это алгоритмическая сложность самого распознавания образов и объектов. Изображение снимается с помощью камеры и представляет собой только матрицу значений яркости. Требуется восстановить взаимосвязь с тем объектом, который был снят.
Вторая проблема — это надёжность или устойчивость, работы алгоритмов, при разных условиях. И, наконец, интеграция алгоритмов в комплексную цепь процессов. При этом требуется, чтобы цепочка «съёмка камерой — обработка изображений — распознавание изображений» осуществлялась в режиме реального времени.
Системы компьютерного зрения разрабатываются двух видов: с неподвижной и подвижной камерой.
— Пример первого рода — система, которую мы разработали для фабрики по производству зубных коронок. Она уже зарегистрирована и используется на практике, — рассказывает проф. Н. Лут. — На эту фабрику ежедневно со всех концов Германии поступают геометрические шаблоны зубных коронок. Вся информация сохраняется в базе данных. На основе этих данных коронки изготавливаются, а после этого должна быть произведена их идентификация, чтобы заказчики получили именно свои коронки. Для этого и используется наша система, которая сравнивает геометрию готовой коронки с образцом из базы данных.
В системах с подвижной камерой ситуация другая — здесь нужно находить движущиеся объекты и их прослеживать в каждом следующем кадре.
Про то, как это делается, проф. Н. Лут показала короткий фильм. В её лаборатории студенты и ассистенты своими руками построили уже три беспилотных летательных аппарата (на Западе их называют дронами) и учатся ими управлять. Дрон из фильма сильно напоминает перевёрнутую табуретку, только с четырьмя винтами вместо ножек и камерой на месте сиденья. Вот студенты идут на изумрудно-зеленое лётное поле прямо во дворе университета и начинают проверять аппарат на полёт. Зимнее время, довольно холодная для Баварии ветреная погода (примерно как у нас минувшим летом). Прибору задаются цели через JPS, и он их облетает сам на автопилоте. А вот тест на распознавание препятствий уже в спортивном зале. На дроне установлен ультразвуковой датчик, благодаря которому он может различать и огибать препятствия. Судя по выражению энтузиазма на лицах ребят, это занятие им очень нравится.
Системы компьютерного зрения применяются для самых разных целей: прослеживания территории на движение, обзора качественного состояния полей, наблюдения за трассами газопроводов (задача, которую спонсируют в Казахстане), съёмки архитектурных объектов и жилых домов, мониторинга труднодоступных регионов. Отрадно, что казахстанские студенты получают возможность овладеть самыми современными технологиями не хуже германских сверстников.
Член-корреспондент РАН С. И. Кабанихин — один из ведущих в России специалистов по обратным и некорректным задачам. Поэтому тема его доклада была сформулирована вполне закономерно — «Обратные задачи в образовании, науке и промышленности».
— Обратные задачи оформились в отдельное направление прикладной математики примерно 50 лет назад, хотя люди решали их давно, — рассказывает Сергей Игоревич. — Ещё Аристотель, наблюдая тень Земли на Луне, сделал вывод, что Земля круглая. Возможно, это была первая решённая обратная задача.
Первые публикации по обратным и некорректным задачам появились в первой половине XX века. Они были связаны с исследованиями в физике (обратные задачи квантовой теории рассеяния, электродинамики, акустики), геофизике (обратные задачи электроразведки, сейсмики, теории потенциала), астрономии и других областях естествознания.
В прямых задачах математической физики исследователи стремятся найти функции, описывающие различные физические явления, например, распространение звука, тепла, сейсмических колебаний, электромагнитных волн и так далее, — объясняет С. И. Кабанихин. — При этом свойства среды (коэффициенты уравнений), а также начальное состояние процесса или его свойства на границе (в случае ограниченной области) предполагаются известными. Однако именно свойства среды на практике часто являются неизвестными. А это означает, что необходимо ставить и решать обратные задачи, в которых требуется определить либо коэффициенты уравнений, либо неизвестные начальные или граничные условия, либо местоположение, границы и другие свойства области, в которой происходит исследуемый процесс.
Эти задачи в большинстве случаев некорректны (т.е. в них нарушено хотя бы одно из трёх свойств корректности — условия существования, единственности и устойчивости решения по отношению к малым вариациям данных задачи). А искомыми коэффициентами уравнений являются, как правило, плотность, электропроводность, теплопроводность и другие важные свойства исследуемой среды. Очень часто в обратных задачах требуется найти местоположение, форму и структуру включений, дефектов, источников (тепла, колебаний, напряжения, загрязнения) и т.д. Неудивительно, что при таком широком наборе приложений теория обратных и некорректных задач с момента своего появления стала одной из наиболее стремительно развивающихся областей современной науки.
С появлением мощных ЭВМ область приложений обратных и некорректных задач охватила практически все научные дисциплины, в которых используются математические методы. Главные направления применения — это геофизика, астрономия, визуализация данных, медицинская и промышленная томография, дефектоскопия и дистанционное зондирование и многое другое.
С конца ХХ века и по настоящее время в математике и во всех естественных науках наблюдается небывалый рост интереса к обратным и некорректным задачам. За очень короткий исторический отрезок времени были учреждены четыре крупных международных журнала (основателем и главным редактором одного из них, Inverse and Ill-Posed Problems, был академик М. М. Лаврентьев). Ежегодно в мире проходят десятки крупных конференций по различным аспектам теории и приложений обратных задач.
— Одна из задач, которые мы хотим решить с моим и М. П. Федорука учеником Данияром Борисовичем Нурсеитовым — шквальный ветер, который прошёл в Медео несколько лет назад, — заинтриговал слушателей С. И. Кабанихин. — Почему возник такой шквал, впервые за всю историю Алма-Аты? Мы поехали туда через год и фотографировали поваленные деревья — следы этого торнадо. Упавшие деревья и геометрия ущелья — в принципе, данные классической обратной задачи — восстановления источника. Погодные данные того дня сохранились, суперкомпьютер в наличии имеется, уравнения газовой динамики известны — осталось оцифровать ущелье, что тоже не проблема. И тогда можно решить обратную задачу — прокрутить торнадо в обратную сторону и вернуться туда, где оно началось. Это поможет ответить на вопрос, почему такой ураган возник. Одна из гипотез — строительство высотных зданий поперёк проспектов. Они перегородили дорогу холодному воздуху, стекающему по вечерам с гор. Математически это предположение сейчас можно проверить, все данные для этого есть.
Почему, как мне кажется, велик смысл обратных задач в образовании? — размышляет учёный. — Эта теория объединяет всю математику и использует междисциплинарный подход. У нас в Новосибирском государственном университете я читаю лекции про обратные задачи магистрантам 1-го курса. И, во-первых, они повторяют самые сложные разделы математики, во-вторых, видят применение этой математики в жизни. К сожалению, только в двух российских университетах читают эти курсы — в Московском и Новосибирском. А на Западе почти в каждом университете есть курсы обратных задач.
По завершении конференции С. И. Кабанихин ещё на какое-то время остался в Усть-Каменогорске — он читает лекции в ВКГТУ как приглашённый профессор.
От описания в деталях всего хода конференции
Поэтому в заключение приведу только несколько слов из напутствия академика Ю. И. Шокина казахстанским студентам:
— Все юбилеи, конечно, дело преходящее. Потомки расценят, как и что. И новейшие результаты, которые мы получаем сегодня, со временем становятся привычными для студентов. Пусть мы живём в непростые времена, в период слома политических и экономических систем, но, тем не менее, зеленеет древо науки. На нём появляются новые веточки, новые школы, они тесно связаны со старыми школами. И прекрасное старшее поколение передаёт эстафету молодым. Я могу называть многие громкие имена казахстанских учёных. Почти со всеми из них мы познакомились молодыми, когда они были либо студентами, либо стажёрами. Наши общие учителя приучили нас работать. И я призываю молодёжь к тому же. Будет работа — будут результаты и признание.
Фото автора
стр. 6-8