В Евразийском национальном университете имени Л.Н. Гумилева состоится защита диссертации на соискание степени доктора философии (PhD) Кусаиновой Айнур Толеубековны на тему «Разработка алгоритмов и вычислительной системы обработки георадиолокационных данных для диагностики неоднородных сред» по специальности «6D070400 – Вычислительная техника и программное обеспечение».
Диссертация выполнена на кафедре «Кафедра Компьютерная и программная инженерия» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева.
Язык защиты - на русском
Официальные рецензенты:
‑ Темирбеков Нурлан Муханович – доктор физико-математических наук, профессор, вице-президент Национальной инженерной академии Республики Казахстан, академик Национальной инженерной академии Республики Казахстан (г. Алматы, Республика Казахстан);
– Урмашев Байдаулет Амантаевич– кандидат физико-математических наук (01.01.07 - вычислительная математика), и.о. профессора факультета информационных технологий Казахского национального университета имени аль-Фараби (г. Алматы, Республика Казахстан).
Временные члены Диссертационного совета:
- Барахнин Владимир Борисович – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой математического моделирования механико-математического факультета, Новосибирский государственный университет (г.Новосибирск, Россия);
- Мерембаев Тимур Жумаканович – доктор философии (PhD), старший научный сотрудник РГП «Института информационных и вычислительных технологий» КН МНВО РК (г.Алматы, Республика Казахстан);
- Тен Татьяна Леонидовна - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Цифровая инженерия и IT Аналитика», факультет финансов, логистики и цифровых технологий, Карагандинский университет Казпотребсоюза (г. Караганда, Республика Казахстан).
Научные консультанты:
- Искаков Казизат Такуадинович – доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Компьютерная и программная инженерия» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева (г.Астана, Республика Казахстан);
– Татур Михаил Михайлович – доктор технических наук, профессор кафедры электронных вычислительных машин Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники ( г. Минск, Республика Беларусь).
Защита состоится: 11 августа 2025 года 14:00 часов в Диссертационном совете по направлению подготовки кадров «8D061 – Информационно-коммуникационные технологии» по специальности «6D070400 – Вычислительная техника и программное обеспечение» Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилева. Проведение заседания диссертационного совета в смешанном (оффлайн и онлайн) формате.
Ссылка: https://clck.ru/3MyHgE
Адрес: г. Астана, ул. А. Пушкина, 11, 2 учебный корпус, аудитория №222.
Аннотация (рус.): АННОТАЦИЯ диссертационной работы Кусаиновой Айнур Толеубековны «Разработка алгоритмов и вычислительной системы обработки георадиолокационных данных для диагностики неоднородных сред», представленной на соискание степени доктора философии (PhD) по специальности: «6D070400 – Вычислительная техника и программное обеспечение» Актуальность темы. Современные технологии диагностики и мониторинга объектов инфраструктуры играют ключевую роль в обеспечении их безопасности, долговечности и рентабельности эксплуатации. Одним из самых перспективных методов неразрушающего контроля является георадиолокация (GPR), позволяющая получать точные данные о внутреннем строении объектов без их повреждения. Это особенно важно в таких областях, как строительство, инженерная геология и диагностика дорожных покрытий. Георадиолокационные исследования активно развиваются благодаря своей высокой информативности, скорости выполнения и способности обнаруживать дефекты, которые традиционные методы не могут выявить. В частности, георадар позволяет обнаруживать скрытые пустоты, трещины, зоны с повышенной влажностью и нарушения структуры слоя, что имеет решающее значение для своевременной диагностики и предотвращения деградации дорожного покрытия. Дорожные конструкции подвергаются длительному воздействию транспортных нагрузок, климатических факторов и естественного износа, что способствует образованию дефектов и снижению эксплуатационной надежности. Своевременное обнаружение таких повреждений позволяет продлить срок службы покрытия и сократить расходы на ремонт и содержание. Георадиолокация предлагает высокую эффективность в диагностике, так как позволяет проводить обследования без деструктивных вмешательств. Это особенно важно при оценке состояния протяженных участков автомагистралей, мостов и взлетно-посадочных полос, где традиционные методы требуют значительных временных и финансовых затрат. Современные георадарные системы, такие как ОКО-2, Зонд-12, GSSI StructureScan и другие, обладают высокой точностью и возможностью выявлять скрытые дефекты, локализовать пустоты и оценивать износ покрытия. Эти системы значительно повышают эффективность диагностики и принимаемых решений при ремонте и реконструкции дорожной инфраструктуры. Научные исследования в области разработки георадарных технологий и методов обработки данных способствуют расширению возможностей этих систем, увеличивая их точность и доступность для использования на разных типах объектов инфраструктуры. Существующие программы для интерпретации радарограмм представляют собой специализированное ПО, предназначенное для обработки и анализа данных, полученных с помощью георадаров. Каждая модель георадара поставляется с уникальным программным обеспечением, разработанным производителем. Примеры таких программ — Zond GPR Soft, Prisma, GPRSoft (разработчик: Geoscanners AB), Loza Radar. Данные, полученные с одного радара, не могут быть напрямую обработаны в программе другого производителя без конвертации, что значительно усложняет задачу интеграции и сопоставления информации. Ключевой проблемой является закрытый исходный код всех программных решений, что делает невозможным их модернизацию, доработку и адаптацию под специфические задачи исследователей. Пользователи вынуждены работать с функционалом, предоставленным разработчиком, без возможности внесения улучшений или исправления недостатков алгоритмов обработки. Кроме того, отсутствие единого стандарта данных и несовместимость между программными продуктами разных производителей ограничивают возможность интеграции данных с различных радаров. Это существенно ограничивает возможность сравнительного анализа и комплексной интерпретации результатов, особенно в случаях, когда требуется совместная обработка данных, полученных разными устройствами. Таким образом, несмотря на существование различных программных решений для интерпретации радарограмм, их закрытость, несовместимость и отсутствие возможности доработки создают значительные ограничения для исследователей и инженеров, работающих с георадиолокационными данными. Несмотря на достижения в области технологий и оборудования георадара, остаются нерешенные проблемы, такие как сложность и неоднозначность интерпретации радарограмм. Отсутствие методов первичной обработки и систематизации данных затрудняет выявление дефектов и точную локализацию повреждений, снижает скорость и надежность диагностики. Еще одной проблемой является необходимость обработки значительных объемов данных, полученных в результате георадарных исследований. Высокое разрешение современных систем генерирует большие массивы данных, требующие значительных вычислительных ресурсов для последующего анализа и интерпретации. Поэтому разработка высокопроизводительных методов и автоматизированных систем обработки данных стала приоритетной задачей для повышения точности и скорости интерпретации результатов. Цель: Разработка алгоритмов и вычислительной системы обработки георадиолокационных данных, обеспечивающей интерпретацию радарограмм в условиях неоднородных сред. Задачи исследования. 1. Проанализировать существующие методы обработки георадиолокационных данных с учетом их точности, вычислительной эффективности и применимости к диагностике многослойных сред. 2. Разработать оптимизационный метод решения обратной задачи для многомерного уравнения электродинамики в линеаризованной постановке. 3. Создать дискретный аналог оптимизационного метода для решения многомерного уравнения электродинамики в линейном приближении. 4. Разработать численный метод решения задачи продолжения электромагнитного поля в частотной области для горизонтально-слоистой среды. 5. Разработать вычислительную систему обработки экспериментальных данных георадиолокации, включающую первичную обработку и реализующую метод подбора «класса физических полей» геологического разреза для многослойных сред. Методы исследования. Инженерно-технические методы, теоретические и экспериментальные исследования, теория прямых и обратных задач, численные методы, алгоритмизация, технологии разработки программного обеспечения и прикладное программирование. Научная новизна исследования 1. Разработана комплексная методика интерпретации георадиолокационных данных для многослойных сред, основанная на экспериментальных исследованиях и численном моделировании. 2. Создан оптимизационный метод решения обратной задачи для многомерного уравнения электродинамики в линеаризованной постановке. 3. Разработан дискретный аналог оптимизационного метода решения для многомерного уравнения электродинамики в линейном приближении. 4. Разработан метод решения задачи продолжения электромагнитного поля в частотной области для горизонтально-слоистой среды. 5. Разработана вычислительная система обработки данных георадиолокации, сочетающая модифицированные алгоритмы первичной обработки и метода подбора «класса физических полей» с применением генетических алгоритмов. Основные положения выносимые на защиту 6. Комплексная методика интерпретации георадиолокационных данных на основе экспериментальных исследований и численного моделирования для многослойных сред, позволяющая повысить достоверность их интерпретации. 7. Разработка оптимизационного метода решения обратной задачи для многомерного уравнения электродинамики в линеаризованной постановке, позволяющий увеличить точность и скорость вычислений. 8. Разработка дискретного аналога оптимизационного метода решения для многомерного уравнения электродинамики в линейном приближении, обеспечивающий повышение точности и устойчивости вычислений за счет оптимизации численных методов и учета априорной информации. 9. Разработан метод решения задачи продолжения электромагнитного поля в частотной области для горизонтально-слоистой среды, улучшающий интерпретацию данных при наличии неоднородностей в среде. 10. Разработана вычислительная система обработки данных георадиолокации, сочетающая модифицированные алгоритмы первичной обработки и метода подбора «класса физических полей» с применением генетических алгоритмов. Практическая значимость результатов диссертационного исследования: Разработанный алгоритмический комплекс обработки георадиолокационных данных позволяет повысить точность интерпретации результатов диагностики дорожных покрытий за счет интеграции методов первичной обработки, численного моделирования и оптимизационных алгоритмов. Это способствует объективной оценке состояния дорожных конструкций и принятию обоснованных решений при их ремонте и реконструкции. Диагностические исследования автомобильных дорог проводились совместно с РГП на ПХВ «Национальный центр качества дорожных активов» в рамках научно-технического проекта AP19680361 «Разработка вычислительных технологий для диагностики дорожной одежды автомобильных трасс» (2023–2025 гг.). Материалы диссертационного исследования опубликованы в коллективных монографиях, используемых в образовательном процессе. Объект исследования: Реальные данные георадиолокации. Предметы исследования: Алгоритмы и программное обеспечение для интерпретации радарограмм, инженерно-технические приемы интерпретации радарограмм на основе реальных данных различных георадаров. Соответствие направлениям развития науки или государственным программам. Диссертационная работа соответствует приоритетному направлению развития науки — информационные, коммуникационные и космические технологии (высокопроизводительные вычислительные технологии) в рамках прикладных научных исследований грантового финансирования по теме AP19680361 «Разработка вычислительных технологий для диагностики дорожной одежды автомобильных трасс» (2023-2025 гг). Также работа выполнена в рамках научно-исследовательских проектов (НИР): «Развитие исследования обратных задач электродинамики и упругости в неоднородных средах» (01 апреля – декабрь 2014 года), «Алгоритмы и технические средства систем георадиолокации» (2013–2015 гг.), «Создание научно-технических основ для разработки систем георадиолокации» (2015–2017 гг.), «Разработка алгоритмов и встроенного программного обеспечения для определения геоэлектрического разреза в геоинформационной технологии GPR» (2018–2020 гг.). Описание вклада соискателя в подготовку каждой публикации. Постановка проблемы, формализация задач, разработка методов и алгоритмов их решения, а также представленные в диссертации научные и практические результаты, их анализ и формулирование итоговых выводов выполнены лично автором. По теме диссертации опубликовано 46 научных труда, включая 8 статей в научных журналах, рекомендуемых Комитетом по обеспечению качества в сфере науки и высшего образования Министерства науки и высшего образования Республики Казахстан; 31 публикаций в сборниках международных научно-практических конференций, 3 в других научных изданиях, 1 статья в журнале, индексируемом в базе данных Scopus; 2 статьи в журналах, входящих в базу данных Web of Science. Изданы 2 коллективные монографии, в которых соискатель является соавтором, получено 1 свидетельство о государственной регистрации прав на объекты авторского права. Апробация результатов исследования. Основные результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах кафедры «Компьютерная и программная инженерия» Евразийского национального университета им. Л.Н. Гумилева и на республиканских и международных научно-практических конференциях: включая The International Program Committee of the International Conference "Inverse Problems: Modeling and Simulation" (Turkey, Fethiye, İzmir University, 26-31 May 2014), Всероссийская конференция “Алгоритмический анализ неустойчивых задач”, (Челябинск, 10.11–14.11.2014 г.), ІІ Международная научно-практическая конференция «Интеллектуальные информационные и коммуникационные технологии – средство осуществления третьей индустриальной революции в свете Стратегии «Казахстан-2050», 2nd International conference on computational and experimental science and engineering 14-19 October 2015, Седьмая международная молодёжная научная школы-конференция «Теория и численные методы решения обратных и некорректных задач», посвященной 90-летию со дня рождения академика Гурия Ивановича Марчук (Новосибирск, Академгородок, 19-24 октября 2015 года), II международная научно-практическая конференция Big Data and Advanced Analytics EXPO BIG DATA и анализ высокого уровня (15-17 Июня, 2016. Минск, Беларусь), Международная научная конференция «Информатики и прикладная математика», посвященная 25-летию Незавизимости Республики Казахстан и 25-летию Института информационных и вычислительных технологий, Third International Conference on Analysis and Applied Mathematics (Almaty, Kazakhstan), The 38th Progress in Electromagnetic Research Symposium. «PIERS 2017» (22-25 May 2017 – St.Petersburg, Russia), Третья международная научно-практическая конференция BIG DATA and Advanced Analytics ( 3-4 мая, 2017, Минск, Беларусь), IV Международная научно-практическая конференция «Интеллектуальные информационные и коммуникационные технологии – средство осуществления третьей индустриальной революции в свете Стратегии «Казахстан-2050»» посвященную 70-летию профессора М.Бейсенби (6 - 7 июня 2017 г, Астана), Международная конференция «Марчуковские научные чтения – 2017» (Академгородок, г. Новосибирск, Россия), VI Congress of Turkic World Mathematical society (TWMS 2017), II Международная конференция «Информатика и прикладная математика» (27-30 сентября 2017 года, Алматы, Казахстан), XXVI Международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы современной науки», Международная конференция Global Science and Innovation (Eger, Hungry, 2018), V Международная научно-практическая конференция «Интеллектуальные информационные и коммуникационные технологии – средство осуществления третьей индустриальной революции в свете Стратегии «Казахстан-2050», 5th International conference on computational and experimental science and engineering (Antalya-Turkey, 2018), Марчуковские научные чтения, международная конференция по вычислительной математике и математической геофизике, посвящённая 90-летию со дня рождения академика А.С. Алексеева, VIII - Международная научная конференция «Информатика и прикладная математика», Евразийская научная конференция «Обратные и некорректные задачи в естествознании и искусственный интеллект», Международная научная конференция «Современное состояние и перспективы развития современной науки и образования» (Караганда), XVI международная молодежная научная школы-конференция «Теория и численные методы решения обратных и некорректных задач» (Новосибирск, Россия), Международная научно-практическая конференция «Информатика и прикладная математика (г. Алматы, 2024). Разработанные в диссертационной работе алгоритмы и программное обеспечение были успешно применены, о чем свидетельствует акты внедрения в учебный процесс НАО «КарТУ им. А.Сагинова, НАО ВКТУ им. Д.Серикбаев, акт внедрения в производственную деятельность ТОО " Jana Aimaq". Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложений. Автор выражает искреннюю признательность своему научному консультанту, доктору физико-математических наук, профессору Казизату Такуадиновичу Искакову, а также зарубежному научному консультанту, доктору технических наук, профессору Михаилу Михайловичу Татуру за ценные научные рекомендации, постановку исследовательских задач, а также за постоянную поддержку и внимательное руководство в ходе выполнения диссертационной работы.
Отзыв зарубежного консультанта
Заключение комиссии по этической оценке исследований
Решение диссертационного совета
Защита диссертации: https://www.youtube.com/watch?v=vt3l6gbOtVk
