1. Розробка комп’ютерних кардіодіагностичних систем
Розробка комп’ютерних систем автоматизованої діагностики функціонального стану серцево-судинної системи людини за зареєстрованими кардіосигналами (електрокардіосигнали, магнітокардіосигнали, фонокардіосигнали, ехокардіосигнали, сфигмокардіосигнали, фотоплетизмокардіосигнали, реокардіосигнали), є актуальною науково-технічною задачею, вирішення якої, сприятиме підвищенню якості та ефективності медичного обслуговування населення, а також суттєво зменшить обсяг рутинних робіт лікаря-кардіолога. Даним напрямом на кафедрі займаються професор Щербак Л.М., професор Бойко І.Ф., професор Лупенко С.А., доцент Осухівська Г.М., асистент Тиш Є.В. У рамках даного наукового напряму досліджень, колективом кафедри отримано ряд важливих теоретичних та прикладних результатів, а саме:
- Розроблено математичні моделі широкого класу кардіосигналів, що дало змогу врахувати їх стохастичність, циклічність, мінливість та спільність ритму, а також, уніфікувати методи їх обробки, використати однотипні діагностичні ознаки в системах автоматизованої кардіодіагностики.
- Розроблено методи морфологічного, зокрема сумісного, статистичного аналізу циклічних сигналів серця. Порівняльний аналіз методів обробки циклічних карідіосигналів показав, що розроблені методи обробки, є більш точними та достовірними, у порівнянні із відомими методами статистичного аналізу сигналів серця, оскільки ефективніше усувають небажений ефект „розмивання” статистичних характеристик кардіосигналів.
- Розроблено новий метод статистичного аналізу серцевого ритму при фізичних навантаженнях.
- Обгрунтовано нові діагностичні ознаки в кардіометричних діагностичних системах, для яких експериментально встановлено факт їх значної чутливості до зміни стану серцево-судинної системи людини та нечутливості до дії завад, що вказує на інформативність цих ознак стосовно діагностики в комп’ютерних системах кардіометрії.
- Розроблено метод імітаційного моделювання циклічних сигналів серця, який шляхом процедури параметричної ідентифікації, дає змогу одночасно враховувати їх морфологічні характеристики та характеристики серцевого ритму.
Розроблені вище методи статистичної обробки та імітації кардіосигналів, були втілені у комп’ютерну програму для обробки та імітаційного моделювання кардіосигналів. Даний програмний продукт впроваджено у відділенні функціональної діагностики Тернопільської комунальної міської лікарні №2, у консультативному лікувально-діагностичному центрі ТОВ «Десна» ЛТД, а також на кафедрі медичної інформатики з біофізикою, кафедрі клінічної фармації, кафедрі медицини катастроф і військової медицини, кафедрі фізіології Тернопільського державного медичного університету імені Горбачевського. На комп’ютерну програму “Статистична обробка циклічних сигналів серця” (СОЦСС) отримано авторське свідоцтво (А. с. № 31682 Україна. Комп'ютерна програма “Статистична обробка циклічних сигналів серця” (СОЦСС) / А. С. Сверстюк, С. А. Лупенко, Я.В.Литвиненко ; заявл. 05.11.09 ; опубл. 20.01.10).
За даним напрямом було захищено дві кандидатські дисертації за спеціальністю 01.05.02 – математичне моделювання та обчислювальні методи (технічні науки), а саме: дисертаційна робота Тиш Є.В. на тему “Моделювання та методи обробки кардіоінтервалограм при фізичних навантаженнях” (науковий керівник – д.т.н., проф. Бойко І.Ф.) та дисертаційна робота Сверстюка А.С. на тему “Математичне моделювання та методи обробки синхронно зареєстрованих сигналів серця з використанням циклічних ритмічно пов’язаних випадкових процесів” (науковий керівник – к.т.н., доц. Лупенко С.А.).
2. Розробка інформаційних систем біометричної аутентифікації особи за динамічно введеним підписом
Науковий напрямок присвячений дослідженню, обробці та моделюванню динамічно введеного підпису людини. Даним напрямом займаються професор Бойко І.Ф., професор Лупенко С.А., доцент Луцків А.М. Враховуючи стохастичний нестаціонарний характер динамічно введеного підпису, а також випадкові фактори, які мають місце при підписуванні: тривалість відтворення, розмах пера і початкову точку вводу, для розв’язку задачі аутентифікації особи за динамічним підписом, створено методи його обробки і побудовано математичну модель інформативної компоненти динамічно введеного підпису. На базі розробленої математичної моделі та методів обробки проведено статистичні експерименти і досліджено статистичні характеристики динамічних підписів різних осіб, запропоновано нові класи аутентифікаційних ознак особи. З метою автоматизованого тестування системи аутентифікації особи за динамічним підписом, розроблено метод його імітаційного моделювання, що дало змогу моделювати динамічно введений підпис із заданими статистичними характеристиками. Розроблено програмне забезпечення для отримання, обробки, імітаційного моделювання та аутентифікації за динамічно введеним підписом з вірогідністю відмови в допуску власника (помилка І-го роду) – 0,05 та пропуску зловмисника (помилка ІІ-го роду) – 0,018.
Результати дослідження апробовані на багатьох наукових конференціях та висвітлені у фахових виданнях.
Отримано авторське свідоцтво на створене програмне забезпечення (А. с. № 32556 Україна. Комп'ютерна програма “Облік робочого часу осіб на основі біометричної аутентифікації за динамічним підписом” / А. М. Луцків, С.А. Лупенко ; заявл. 28.01.10 ; опубл. 26.03.10).
За даним напрямом Луцків А.М. захистив дисертацію на тему “Математичне моделювання і обробка динамічно введеного підпису для задачі аутентифікації особи у інформаційних системах” на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.02 – математичне моделювання та обчислювальні методи (науковий керівник – д.т.н., проф. Бойко І.Ф.).
3. Розробка програмно-апаратних засобів генерування циклічних сигналів
Даним напрямом на кафедрі займаються асистент Дем’янчук Н.Р. та професор Лупенко С.А. В рамках цього напряму створено методи імітаційного моделювання (генерування) циклічних сигналів на ЕОМ чи іншому програмно-апаратному засобі, що дало змогу генерувати значно ширший клас коливних явищ та сигналів, врахувати більш тонкі закономірності їх просторово-часової структури, у порівнянні із відомими методами імітації. Дані методи імітації мають загальний, універсальний характер та, за рахунок наявності засобів параметричної ідентифікації генеруючого алгоритму, забезпечують можливість управління морфологічними характеристиками та характеристиками ритму імітованих циклічних сигналів, які відтворюються із наперед заданою точністю та достовірністю (довірчою ймовірністю).
На базі отриманих результатів створено комп’ютерну програму для формування (генерування) різних класів циклічних сигналів (А. с. № 32557 Україна. Комп'ютерна програма “Генератор циклічних сигналів” / Н. Р. Дем’янчук, С. А. Лупенко ; заявл. 28.01.10 ; опубл. 26.03.10), що може бути використана у задачах тестування відомих методів та систем аналізу циклічних сигналів, у задачах дослідження за допомогою методу Монте-Карло перетворень циклічних сигналів в ланках інформаційної системи, у задачах навчання людини за допомогою різного роду тренажерів та технічних діагностичних систем, функціонування яких підпорядковане циклічним закономірностям.
В рамках даного напряму підготовлено дисертаційну роботу на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук Дем’янчуком Н. Р. (науковий керівник к.т.н., доцент Лупенко С. А).
За цими трьома напрямами на кафедрі виконується наукова тема ВК 21-06 "Математичне моделювання, методи обробки та імітації біометричних циклічних сигналів в інформаційних системах" (держреєстрація № 0106U009380).
4.Розробка інформаційної системи підтримки прийняття рішень в задачах аналізу та прогнозування циклічних економічних процесів
Даним напрямом на кафедрі займаються професор Лупенко С.А. та аспірант Горкуненко А.Б. У рамках цього напряму дослідження обгрунтовано нові математичні моделі та методи статистичного аналізу економічних циклічних процесів, що дасть змогу розробити інформаційну систему підтримки прийняття рішень в задачах аналізу та прогнозування циклічних економічних процесів.
5. Розробка технологій оцінювання якості програмного забезпечення
Даним напрямом на кафедрі займаються професор Харченко О.Г. та асистент Яцишин В.В. Дослідження якості програмного забезпечення (ПЗ), особливо на етапах його розробки, є актуальним напрямом як інженерії програмного забезпечення, так і комп’ютерних систем вцілому. Виходячи із сучасного стану технологій проектування ПЗ і методів забезпечення їх якості, можна зробити висновок про відсутність загальноприйнятої, стандартизованої та уніфікованої технології забезпечення якості. При цьому особливо важливим є досягнення визначеного рівня якості на етапі розробки та аналізу вимог, оскільки вони є базою для наступних етапів життєвого циклу ПЗ.
В рамках даного напряму, вперше запропоновано та розроблено методи формування і класифікації вимог якості до ПЗ, які базується на використанні рекомендацій і моделей якості стандарту ISO/IEC 9126 та алгоритмів багатокритеріальної оптимізації. Запропонований підхід до побудови вимог якості підтримується розробленою CASE-технологією, яка втілена як web-орієнтований сервіс. Крім того, на основі проведених досліджень доведено ефективність застосування розробленого підходу до забезпечення якості на етапах життєвого циклу ПЗ. При цьому вперше запропоновано використання модифікованої ітеративно-спіральної моделі життєвого циклу для розробки ПЗ. Дані дослідження також стосуються методів забезпечення якості ПЗ на етапах проектування архітектури, атестації та валідації інформаційних систем.
В рамках цього наукового напряму, підготував дисертаційну роботу на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук Яцишин В.В. (науковий керівник к.т.н., доцент Харченко О.Г.)
6. Методи математичного моделювання та обробки інформаційних сигналів в геофізиці
Даним напрямом на кафедрі займаються професор Щербак Л.М. та асистент Жаровський Р.О. До основних результатів, які отримано в рамках цього наукового напряму, слід віднести обгрунтування математичної моделі сейсмічних сигналів і завад у вигляді лінійного випадкового процесу, розробка кореляційної системи з вхідними ортогональними фільтрами для обробки сейсмосигналів.
В рамках цього наукового напряму підготував дисертаційну роботу на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук Жаровський Р. О. (науковий керівник д.т.н., професор Щербак Л. М.)
Результати роботи опубліковані в п’яти фахових виданнях, а також апробовані на наукових конференціях.
7. Моделювання та розробка інформаційно-пошукових систем
Даним напрямом на кафедрі займаються професор Лупенко С.А., аспіранти Крамар В. І. та Хомів Б.А. Наукові дослідження в галузі моделювання та розробки інформаційно-пошукових систем стосуються розробки метапошукових систем, моделювання та розробки методів добування суджень в мережі Internet (opinion mining), моделювання процесів самоорганізації в задачах проектування інформаційно-пошукових систем. Зокрема, здійснюються дослідження сучасних можливостей технології індексації, збору та добування суджень з інтернет-ресурсів. Було визначено, що мета-пошук є ефективним джерелом збору даних в зв'язку з меншою затратою інформаційно-обчислювальних ресурсів. Здійснено огляд можливостей інформаційно-пошукових систем Google та Yandex, що дало змогу встановити доцільність використання мета-пошуку. Ведеться наукове дослідження, щодо вдосконалення існуюючих математичних моделей та методів Opinion Mining. Здійснюється розробка моделей та методів самоорганізації в задачах проектування інформаційно-пошукових систем, що дасть змогу підвищити адаптивність, надійність, розподіленість та ефективність їх функціонування. Також досліджуються процеси самоорганізації в мережі Internet як відкритій складній системі, моделювання яких дасть змогу суттєво спростити проектування інформаційно-пошукових систем нового покоління та впровадження концепції семантичного web.
8. Розробка сучасних високопродуктивних обчислювальних систем
Науковий напрямок присвячений розробці сучасних високопродуктивних обчислювальних систем. Даним напрямом на кафедрі займаються професор Лупенко С.А. та доцент Луцків А.М. На сьогодні сфера застосування паралельних та розподілених систем опрацювання даних суттєво розширюється, охоплюючи задачі фундаментальної та прикладної науки, виробництва та інших сфер бізнесу. Високопродуктивні системи опрацювання даних знаходять все більше застосувань у реальному секторі економіки. Варто зазначити, що у порівнянні з попередніми десятиліттями високопродуктивні системи паралельного та розподіленого опрацювання даних стають доступнішими для ширшого кола споживачів. Це здебільшого обумовлено використанням кластерних архітектур на базі типових, доступних та відносно не дорогих апаратних засобів. Іншим фактором, що визначає розповсюдженість таких систем є бурхливий розвиток вільного відкритого програмного забезпечення, зокрема системного програмного забезпечення, засобів розробки та прикладного програмного забезпечення.
Роботи по даному напряму, які проводяться на кафедрі пов'язані з вивченням особливостей побудови високопродуктивних обчислювальних систем опрацювання даних; розробкою ефективних алгоритмів розпаралелення для задач моделювання процесів різної природи; задачами криптоаналізу. Ведуться роботи по створенню високопродуктивного кластера ТНТУ імені Івана Пулюя з можливістю підключення до Української Національної Грід Інфраструктури.
За цим напрямом на кафедрі виконується наукова тема ВК 34-11 «Моделювання та розробка алгоритмів криптоаналізу з використанням паралельних та розподілених комп’ютерних систем», номер держреєстрації №0111U002595.