Научные разработки СПбГУТ

Проект направлен на создание инновационной умной одежды с интегрированными гибкими антеннами для обеспечения непрерывного мониторинга биометрических параметров пользователя, точного позиционирования с помощью системы ГЛОНАСС и стабильной передачи данных в экстремальных условиях Арктики и северных регионов России.

Содержит куртку с интегрированными датчиками и гибкими антеннами, манекен, микроконтроллер.

• Дальность стабильной связи:
  В условиях прямой видимости: до 15–20 км.
  С использованием ретрансляторов по протоколу APRS: до 50–100 км и более.
• Потребляемая мощность: не более 0,3 Вт.
• Масса: не более 3 кг.
• Диапазон рабочих температур: от –60°С до +20°С.
• Срок службы: не менее 5 лет.
• Средняя наработка на отказ: 15 000 часов.

Система обеспечивает автономную связь на частоте 868 МГц (SX1262) с дальностью до 8 км, маршрутизацию пакетов через промежуточные узлы и синхронизацию данных без централизованной инфраструктуры.

Распределённая база данных на основе SQLite с несколькими типами репликации позволяет каждому узлу работать независимо, а модульная архитектура — строить на платформе прикладные системы: от акустического обнаружения БПЛА до экологического мониторинга.

Аппаратная часть (узел сети):

Хост: Orange Pi Zero 3 (ARM Cortex-A53, Linux).
Радиомодем: DX-LR30-900M22SP (STM32F103 + SX1262).
Частота: 866–868 МГц, мощность +22 дБм, дальность до 8 км.
Микрофонный массив (опц.): 4× INMP441 MEMS I2S.

Прошивка радиомодема:Язык: Rust (no_std).
Фреймворк: Embassy-rs (async/await)Целевая платформа: ARM Cortex-M3 (thumbv7m-none-eabi).
Flash: 24.5 КБ.
RAM: 10.8 КБ.

Хост-приложение:
Язык: Rust.
ОС: Linux (Armbian / Debian).
Используемые технологии: Tokio, Axum, SQLite, WebSocket.
Веб-интерфейс: HTML/JS.
Размер бинарника: 3.1 МБ.

По индивидуальному заказу директора ЦМС им. А. С. Попова выполнен проект по созданию виртуальной комнаты А. С. Попова для привлечения посетителей музея.

Экспонат представляет собой мобильное приложение, созданное на платформе Android с использованием фреймворка AR Foundation в среде Unity.

Приложение может использоваться в образовательных проектах, актуально для музейной и выставочной деятельности — в качестве виртуального дополнения к экспозиции или для демонстрации недоступных артефактов.

Вся работа проводилась на базе документации AR Foundation и официальных примеров Unity.

Разрабатываемая система представляет собой приложение для организации и анализа фотоколлекций. Она позволяет автоматически группировать изображения по содержанию, выполнять поиск изображений по текстовым запросам и наглядно отображать структуру коллекции с помощью диаграммы рассеяния, упрощая навигацию и поиск нужных фотографий. 

• Тип: Программа для ЭВМ (IBM-совместимый ПК).
• Язык: C++, C#.
• ОС: Windows 10 и выше / Linux Ubuntu 20.04+.
• Объем: 15.1 Мбайт.
• Архитектура: Десктопное приложение с модульной архитектурой (C++ core + C# Avalonia UI, взаимодействие с использованием P/Invoke).

Предлагаемое решение объединяет функции управления задачами обучения, оркестрации федеративных раундов, хранения артефактов модели и фиксации результатов выполнения.

Цель проекта заключается в создании архитектурной основы для безопасного и управляемого обучения моделей на распределенных конфиденциальных данных.

• Система представляет собой распределенный FL-стек на Java 21 (Spring Boot 3) и Python 3.11, разворачиваемый на Linux.
• Центральный сервер, UI на React и Orchestrator на aiokafka координируют Python-клиентов (Flower, PyTorch) через Kafka, MinIO и PostgreSQL.
• Безопасность обеспечивается Keycloak (OAuth2/OIDC).

Разработка системы контроля и анализа нарушений опорно-двигательного аппарата на основе цифровых кинетических двойников.

Предлагаемый подход включает в себя следующие задачи:

• Автоматизировать оценку движений пациента.
• Разработать приложение, которое записывает видео, выделяет ключевые точки тела и считает метрики движения.

• Тип: Программа для ЭВМ (IBM-совместимый ПК).
• Язык: Python 3.10+.
• ОС: Windows 10 и выше.
• Используемые технологии: модель YOLO для позовой детекции.
• Входные данные: видеофайлы с различных ракурсов съёмки.
• Выходные данные: HTML-отчёт, содержащий результаты математической статистики по угловым характеристикам суставов, а также параметры шагового цикла.

Программа обеспечивает двухфазный анализ сетевого трафика в формате NSL-KDD, обучение на нормальном трафике и последующее обнаружение аномалий в режиме реального времени с визуализацией процессов через веб-интерфейс.

Средняя абсолютная ошибка правильного определения местоположения при использовании предлагаемого метода находится в диапазоне от 0,109 до 0,153.

• Тип: Программа для ЭВМ (IBM-совместимый ПК).
• Язык: Python 3.10+.
• ОС: Windows 10 и выше / Linux Ubuntu 20.04+.
• Объем: 136 Кбайт.
• Архитектура: Веб-интерфейс (FastAPI, WebSocket).

Навигация с помощью средств компьютерного зрения, реализуемого бортовыми оптическими и вычислительными устройствами. Машинное зрение, реализуемое бортовыми вычислительными устройствами, обеспечивает автономность транспортных средств (ТС) при отсутствии или неустойчивом канале связи с системой спутниковой навигации.

• Тип интерфейса – консольный запуск Python-скрипта.
• Платформа – кроссплатформенная программная реализация.
• Операционная система – Windows, Linux или macOS.
• Аппаратные архитектуры – x86, x86_64, ARM, ARM64, включая одноплатные компьютеры типа Raspberry Pi и Jetson. Используемое ПО – среда Python с библиотеками для загрузки и обработки изображений (NumPy, OpenCV).
• Входные данные – текущее изображение с камеры БПЛА и эталонное изображение местности, сохранённое в памяти системы.
• Выходные данные – координаты найденного участка местности и значение невязки (энергии связи).

Моделирование процессов интеллектуальных транспортных систем на базе Vehicle-to-Everything (V2X).

Моделирование V2X взаимодействий:

• Прием/Передача сообщений свободного формата (могут быть модифицированы для соответствия индустриальным стандартам).
• Интеграция карты OSM (графовая карта локаций).
• Расчет затухания сигнала (по умолчанию при помощи моделей 3GPP, но могут быть модифицированы).
• Размещение объектов придорожной инфраструктуры (RSU, ES/MEC).
• Динамическая перестройка маршрута, движение транспорта.
• Использование мобильных RSU (mRSU).
• Расчет/Визуализация нагрузки на сеть RSU с последующей возможностью её балансировки.
• Кластеризация RSU.
• Кэширование информации (на OBU, RSU, mRSU и ES/MEC).
• Расчет потерь в моделируемой системе.

Назначение

• Радиоизмерения и вывод энергетических параметров (уровни сигналов, отношение сигнал/шум), частотных каналов восходящей и нисходящей линий, идентификаторов обслуживающей базовой станции (БС).
• Вывод параметров обнаруженных БС-соседей.
• Запись результатов измерений в лог-файл.
• Визуализация лог-файлов с результатами измерений в виде тепловой карты покрытия.
• Просмотр результатов измерений в каждой точке маршрута.
• Фильтрация результатов измерений по стандарту связи, обслуживающему оператору, периоду проведения измерений.

Предлагаемый подход использует события журнала eve.json в качестве источника сетевых событий и реализует гибридную схему оценки риска, объединяющую результаты сигнатурного обнаружения, модели выявления аномалий и модели классификации атак.

Разработанная система позволяет не только выявлять события, соответствующие известным сигнатурам, но и обнаруживать подозрительные отклонения в сетевом поведении, что повышает информативность мониторинга и снижает нагрузку на аналитика.

• Тип: Программа для ЭВМ (IBM-совместимый ПК).
• Язык: Python 3.10+.
• ОС: Linux Ubuntu 20.04+.
• Объем: 6 Гбайт.
• Архитектура: Веб-интерфейс (FastAPI, WebSocket).

Генератор аксиом представляет собой Windows-приложение, автоматизирующее поиск пропозициональных формул, позволяющих идентифицировать те или иные логические операции. Поддерживаются унарные и бинарные операции.

Программа имеет несколько режимов работы, в первую очередь, это проверка формул, набранных вручную, и автоматический поиск формул по критериям.

Программа может быть предложена исследовательским лабораториям, выполняющим фундаментальные исследования в области пропозициональной логики.

• Тип ЭВМ: IBM – совместимый ПК.
• Язык: C#.
• Вид и версия операционной системы: Windows XP и выше.
• Объем программы в машиночитаемой форме в единицах, кратных числу байт: 176 640 байт.

Двухполосный всенаправленный источник звука, выполненный на базе отечественных головок громкоговорителей, предназначен для проведения измерений акустических параметров помещений в соответствии с ГОСТ Р ИСО 3382-1—2013 и ГОСТ Р 54579-2011 (ИСО 18233:2006).

• Чувствительность: 90 дБ/Вт/м.
• Эффективно воспроизводимый диапазон частот, Гц: 33–11360 Гц.
• Неравномерность частотной характеристики: 10 дБ.

Лабораторный комплекс демонстрирует принципы построения доверенных каналов передачи данных. На стенде представлены типовые схемы интеграции, механизмы защиты информации и примеры реализации защищённых протоколов на базе встраиваемых систем.

Имеется тестер-анализатор пакетных сетей, который внесен в государственный реестр средств измерений, предназначен для контроля и диагностики параметров качества современных систем связи на основе технологии IP и проверки качества обслуживания абонентов.

1. Raspberry, Arduino, VM Linux, ноутбук. Основной макет - Анализатор трафика.
2. Интерфейсы:
   два порта 10/100/1000 Мбит/с разъемами RJ45;
   два порта 1000 Мбит/с гнездами для установки SFP;
   один порт USB для управления от персонального компьютера;
   один порт для удаленного управления 10/100 BASE-T с разъемом RJ45;
   цветной графический жидкокристаллический индикатор с разрешением, 320×240 пикселей, с регулируемой яркостью подсветки обеспечивающей возможность работы на ярком солнечном свете;
   пленочная клавиатура.
3. Массогабаритные характеристики:
   вес 0,6 кг;
   габариты 196×100×40 мм.
4. Питание:
   от сети с напряжением 220 – 230 В и частотой 50 – 60 Гц через сетевой адаптер;
   от шести аккумуляторов АА, время автономной работы не менее 6 часов;
   тип аккумулятора NiMH;
   время заряда аккумуляторов не более 12 ч.

Впервые в мире удалось создать мембраны из ванадиевого сплава пригодные для практических применений:

• тонкостенные трубчатые мембраны с микронным палладиевым покрытием внешней и внутренней сторон и герметичными сварными переходами на нержавеющую сталь,
• сборки из таких мембран.

• Трубчатые мембраны: диаметр 6 мм, толщина стенки 120-200 мкм, длина до 300 мм.
• Работа в различных водородсодержащих газовых смесях общим давлением на входной стороне мембраны до 12 бар, парциальным давлением водорода на входе 6 бар, давление водорода на выходе 1 бар.
• Плотность проникающего потока водорода более 0,5 см3/см2с.
• Чистота водорода на выходе мембраны 99.999999997 %.

На основе многоагентного подхода разрабатывается модель, учитывающая загрузку многополосного перекрестка и его топологию; управляемого светофорами, для которых определяются тайминги переключения секций.

Разрабатываемая модель может использовать несколько методов для оптимального управления перекрестком.

Ноутбук с установленным ПО: Windows 10, AnyLogic 7.8.

Экспозиция демонстрирует принцип акустооптической модуляции, особенности дифракции света на акустической решётке и возможности управления лазерным пучком. Рассматриваются практические применения в системах связи, лазерной спектроскопии, обработке сигналов и фотонных технологиях.

Источник излучения:

• Тип: оптический квантовый генератор.
• Длина волны:  650 нм.
• Выходная мощность: до 5–50 мВт.
• Режим работы: непрерывный (CW).

Акустооптический модулятор (АОМ):

• Материал кристалла: кварц.
• Центральная частота возбуждения: 40–80 МГц.
• Диапазон рабочих частот: ±5–10 МГц.
• Эффективность дифракции: до 70–90 %.

Демонстрируемый элемент предполагается использовать в антенной решётке для организации спутниковой связи.

• Демонстрируемый элемент антенной решётки измерялся в диапазоне 8 - 18 ГГц.
• В указанном диапазоне частот, отдельно взятый элемент обладал двумя рабочими полосами в районе 12 и 15 ГГц.
• Рабочие характеристики элемента показывали серьёзную зависимость при изменении способа питания.

Действующий испытательный стенд оперативного обнаружения предаварийных ситуаций (пламя, дым, короткое замыкание в эл/сети, смещение объектов), БПЛА противника и т.д. на платформе компьютерного (машинного) зрения с применением элементов искусственного интеллекта.

• Тип: Программа для ЭВМ (IBM-совместимый ПК).
• Язык: Python 3.10+.
• ОС: Linux Ubuntu 20.04+.
• Объем: 6 Гбайт.
• Архитектура: Веб-интерфейс (FastAPI, WebSocket).

Стенд предназначен для проведения лабораторных и практических занятий, связанных с изучением приборов и устройств промышленной автоматизации. 

• Конструкция: модульная.
• Питание: = 24 В.
• В комплект входит промышленный компьютер, два сенсорных дисплея, преобразователь интерфейсов, различные датчики физических величин, счётчик часов, промышленные таймеры.

Прототип предназначен для исследований в области многоаспектного геоинформационного моделирования и создания цифровых двойников природно-техногенных геосистем.

• Технологии: ASP.NET Web API, GeoJSON, Entity Framework Core, React.
• Методы: методология многоаспектного моделирования, Domain Driven Design.
• Язык программирования: C#.
• Платформа ГИС: Leaflet, OpenSteetMap.

Модем NB-PLC предназначен для низкоскоростной передачи информации по электрическим сетям низкого и среднего напряжения в составе систем по учету электроэнергии, охранной и пожарной сигнализации, мониторинга состояний объектов и др.
Содержит модем, работающий по линиям электропередачи, и интерфейсы ввода/вывода данных от датчиков, расположенных на объекте контроля.

• Диапазоны частот: Cenelec A (34-90кГц), Cenelec B/С (95-140кГц), FCC (150-490 кГц) и FULL (34-490 кГц).
• Стандарты: G3‑PLC, IEEE 1901.2.
• Интерфейсы: RS-232, RS-485, Ethernet/IPv4, mini-USB.
• Протоколы: MODBUS, МЭК‑870‑5-101, МЭК‑870‑5-104.
• Число модемов в сети: до 1000 шт.
• Подключение к электросети: емкостное или индуктивное.
• Питание: постоянное, 24…30 В.
• Потребляемая мощность: не более 3,5 Вт.

Устройство предназначено для сбора метеорологических данных в автономном режиме в арктических погодных условиях и передачи собранной, а также ретрансляции полученной информации. Содержит ряд сенсоров, приемопередатчик и вычислительный модуль. Количество сенсоров и их вид может отличаться от версии агента.

• Конструкция: одноплатная.
• Питание: от аккумулятора, 3,7 В. 
• Дальность действия без ретрансляции: до 1,5 км.
• Масса: не более 0,25 кг.
• Параметры передачи сообщений: RSSI до –110 дБм, SNR до –12 дБ.
• Частота передачи: 868,8 МГц.
• Диапазон рабочих температур: от –40°С до +40°С.