Výzkumné cíle CAK specifikované ve struktu?e podle jednotlivých odd?lení a jejich výzkumných sm?r?.

Odd?lení automatického ?ízení

AR1 - Modelování, simulace, ?ízení a rozhodování v distribu?ních sítích
Cílem výzkumného sm?ru je vývoj dosud neexistujících metod pro zajišt?ní stabilního provozu distribu?ních sítí v nov? vytvo?eném tržním prost?edí. Plánovaný výzkum si tedy klade za cíl vyvinou numericky stabilních a rychlé simulátory vhodné pro operativní ?ízení a rozvoj distribu?ních sítí se zam??ením na oblast elektroenergetiky a vodárenství, na základ? modelu navrhnout metodiku analýzy stability a navrhnout systémová pravidla, která zaru?í stabilní b?h sít? v podmínkách tržního prost?edí. Budeme pracovat na metodách odhadu mezních veli?in (nap?. maxima s daným rizikem p?ekro?ení) s cílem odvodit obecné stochastické modely pro ší?ení tok? , úbytk? potenciál? a ztrát v distribu?ních sítích. Postupné cíle hlavních výzkumných úkol? jsou zam??eny na:
• Definování úloh modelování, identifikace, analýzy a syntézy stabilního provozování distribu?ních sítí v podmínkách tržního prost?edí (FEL, Z?U, Cygni, UTB)
• Specifikace ?ídicích a poruchových vstup? pro elektrické distribu?ní sít? (Cygni, FEL, UTB)
• Vytvo?ení relevantního modelu distribu?ních sítí s využitím techniky výkonových graf? (FEL)
• Identifikace parametr? modelu, krátkodobý odhad místní spot?eby a st?edn?dobý odhad regionální spot?eby (FEL)
• Odhad mezních veli?in s využitím stochastických model? distribu?ních sítí v maticové a grafové reprezentaci (ZCU)
• Analýza distribu?ních sítí, detekce kritických stav? a nalezení stabilních oblastí (FEL)
• Návrh systémových pravidel pro stabilní provozování sítí v novém tržním prost?edí (FEL, UTB, Cygni)
• Návrh doporu?ení pro projektování a rozvoj sítí v podmínkách tržního prost?edí. (Z?U)

AR 2 -  Algoritmy pro ?ízení
Cílem výzkumného sm?ru je výzkum a vývoj originálních metod a postup? pro po?ítání s polynomy v systémech, signálech a ?ízení. Dokon?íme vývoj obecných metod 3. generace Postupy budeme kombinovat s metodami obecné optimalizace, jako jsou nap?. lineární (LMI) a bilineární maticové nerovnosti (BMI), semidefinitní programování apod. Nov? vyvinuté metody budeme testovat experimentáln? formou prototypového SW v kódu Matlab. Výsledky budeme ov??ovat simulacemi a laboratorními experimenty. V pozd?jší fázi se soust?edíme na speciální postupy šité na míru jednotlivým pr?myslovým aplikacím. Cíle hlavních výzkumných úkol? jsou zam??eny na:
• Algoritmy pro modelování, analýzu a ?ízení sítí, d?raz na numerické aspekty (CAK FEL)
• Použití rychlé Fourierovy transformace p?i dalších úlohách po?ítání s polynomiálními maticemi (FEL)
• Nové typy procedur založené na LMI a BMI (FEL)
• Nové numerické algoritmy využívající struktury matic (FEL)
• Algoritmy pro velmi velké matice (rozm?r? 1000 a více) s aplikacemi nap?. v adaptivní optice ve spolupráci s ESO - (European Southern Observatory) (FEL)
• Výpo?etní metody pro nanotechnologie - (?ízení zaost?ení elektronového svazku v proza?ovacím elektronovém mikroskopu, spolupráce s firmou Delong Instruments, a.s.) (FEL)
• Speciální postupy pro po?ítání s polynomy velkých stup?? (1000 a více) (FEL)
• Použití semidefinitního programování p?i po?ítání s polynomy (FEL)
• Algoritmy pro analýzu a návrh robustního ?ízení (FEL)
• Velmi rychlé algoritmy s aplikacemi v mobilní komunikaci (FEL)
• Metody vhodné pro hardwarová omezení a p?ibližné výpo?ty (FEL)
• Výpo?etní postupy pro aplikace v bioinženýrství - spolupráce s Fakultní nemocnicí v  Olomouci (FEL)

AR3 - Bezsníma?ové a adaptivní ?ízení motor?
Cílem výzkumu je vyvinout nové algoritmy robustního ?ízení elektromechanických systém? s využitím nových metod a prost?edk? stavové a signálové analýzy. Cíle hlavních výzkumných úkol? jsou zam??eny na:
• Identifikace elektromechanických soustav (VUT)
• Analýza robustnosti ?ízení vzhledem k vzájemn? korelovaným zm?nám více parametr? (VUT)
• Konstrukce nelineárních estimátor? (VUT)
• Adaptivní optimalizace ?ídicích algoritm? (VUT)

AR4 - Modelování a ?ízení systém? se zpožd?ním
Cílem výzkumu je p?edevším dopracovat metodiku meromorfní syntézy anizochronních ?ídicích systém? a vyšet?ování, resp. formování jejich spektrálních vlastností. P?itom se bude snažit s t?mito nástroji propracovat identifikaci anizochronních model? pro typické reálné objekty. Cíle hlavních výzkumných úkol? jsou zam??eny na:
• Anizochronní zobecn?ní stavového popisu a konvolu?ní vyjád?ení stavových rovnic (FS)
• Zobecn?ní algebraických metod syntézy s využitím meromorfních funkcí pro systémy se zpožd?ním (FS)
• Aplikace anizochronních model? pro modelování a ?ízení pr?myslových objekt? jejichž výb?r bude koordinován s AR1 (FS, FEL)

Kontrolovatelným výsledkem každého z výše uvedených díl?ích cíl? je kompletní dokumentace ve form? výzkumných a technických zpráv, software a uživatelských manuál? k softwaru. Software nebude v rámci Centra stav?n na klí? pro ur?itého (jediného) koncového uživatele ale bude koncipován dostate?n? obecn? tak, aby mohl být v rámci pr?myslového výzkumu pro ur?itého uživatele snadno a rychle dopracován. Samoz?ejmostí je publikace výsledk? po každé etap? na mezinárodní konferenci a v mezinárodním periodiku.

Uplatn?ní:
P?ímými uživateli výstup? sm?ru AR1 pro oblast elektroenergetiky jsou:
• Ministerstvo pr?myslu a obchodu ?R – stanovení energetické politiky, rozhodnutí o investicích (schvalování investi?ních zám?r?).
• Energetický regula?ní ú?ad – stanovení pravidel trhu, stanovení poplatk? za jednotlivé ?innosti
• Výrobci (?EZ) – strategické plánování, nejen v oblasti výroby elekt?iny, ale i uplatn?ní na trhu tzv. „podp?rných služeb“, zajiš?ujících stabilitu soustavy
• Provozovatel p?enosové soustavy (?EPS) – fundamentáln? zainteresován na kvalitním modelu. Má povinnost udržet stabilitu dodávky energie v tomto stát?.
• Provozovatelé distribu?ních soustav (Pražská energetika apod.) – udržení stability distribu?ních soustav.

Koncovými uživateli výstup? sm?ru AR1 pro oblast vodárenství jsou:
• Provozovatelé vodárenských distribu?ních soustav (v ?R vedených pod zna?kou VaK)

Uživatelé výsledk? sm?ru AR2:
• Výrobci a provozovatelé nejmodern?jší adaptivní optiky (nap?. ESO - European Southern Observatory)
• Výrobci elektronových mikroskop? (Delong Instruments, a.s.)
• Výrobci komunika?ních za?ízení

Uživatelé výsledk? sm?ru AR3:
• Výrobci elektromechanických systém? a pohon? a jejich ?ídicích systém? s minimálními nároky na po?et m??ených veli?in a maximálními nároky na kvalitu ?ízení (Motorola).

Uživatelé výsledk? sm?ru AR4:
• Památká?i, úpravy mikroklimatu v historických budovách pomocí algoritm? ?ízení postavených na anizochronních modelech
• Farmaceutický pr?mysl, anizochronní modely užité pro ?ízení procesu fotosyntézy v solárním fotobioreaktoru

Odd?lení strojového vnímání

Výzkumné cíle v odd?lení strojového vnímání jsou d?leny do ?ty? tématických okruh?. První dva z nich rozvíjejí spíše metody. Lze v nich o?ekávat i výzkumnou práci blížící se k badatelskému výzkumu a publikace. Na druhé stran? se o?ekává, že v?tšina badatelské ?innosti bude v jiných projektech na pracovišti realizované jinými lidmi. P?esto p?edpokládáme, že n?které výsledky budou použity i v Centru. Poslední dva tématické okruhy jsou aplika?n? orientované. Je možné, že v pr?b?hu ?innosti Centra se poda?í proniknout do dalších, nových, aplika?ních oblastí.

SV1 – Metody trojrozm?rného po?íta?ového vid?ní a analýzy videosekvencí
• Rozvoj geometrických metod v trojrozm?rném vid?ní.
• Po?izování a analýza hloubkových map a jejich sdružování z r?zných pohled?.
• Pokro?ilé metody hledání korespondence v obrazech.
• Použití fyzikálních model? vzniku obrazu p?i po?izování obrazových dat.
• Analýza videosekvencí.

SV2 – Obecné metody rozpoznávání s aplikacemi v rozpoznávání na základ? obraz?
• Rozvoj teorie statistického rozpoznávání, zejména jádrových metod.
• Vazba mezi statistickým a strukturním rozpoznáváním.
• Lokální struktury (odlišitelné oblasti) a jejich použití pro detekci i rozpoznávání objekt? v obrazech.
• Barva a textura.

SV3 – Strojové vnímání v dopravních aplikacích
• Sledování dopravy z videosekvencí. Sdružování informace o stejné scén? z n?kolika kamer.
• Analýza videosekvencí z kamery v jedoucím automobilu, mobilním robotu ?i bezpilotním letadle. • Detekce nebezpe?ných situací na volné silnici i v hustém m?stském provozu.
• Detekce neobvyklého chování ze sledovacích kamer.
•  Rozvoj rychlých hardwarových prost?edk? pro analýzu obrazu.
• Využití metod z tématických úkolu SV1 a SV2.

SV4 – Strojové vnímání v pr?myslových a dalších aplikacích
• Speciální metody po?ízení obrazu pro obrazovou inspekci usnad?ující nalezení hledaných objekt?.
• Reprezentace specifických znalostí o aplikaci v generických metodách zpracování obrazu.
• Analýza léka?ských tomografických obraz?. Registrace s respektováním deformací.
• Využití metod z tématických úkolu SV1 a SV2.

Odd?lení  um?lé inteligence

UI1 - Kolektivní robotika
Výzkum v oblasti kolektivní robotiky se soust?edí zejména na:
• ?ešení úloh kolaborativní lokalizace ve skupin? robot?
• ?ešení koordinace pohybu skupiny robot?
• formování koalic a týmové akce skupiny robot?
• kolektivní chování v komunika?n? nep?ístupném prost?edí
• nep?átelské/nekolaborativní chování v robotice

UI2 - Servisní roboty
Vývoj a výzkum servisních robot? pro pr?zkumné, záchranné a ochranné ?innosti, vývoj robotických systém? pro pot?eby zdravotnictví se bude opírat o
• ?ešení platforem pro pohyb v obtížném terénu
• metody lokalizace osob
• technická ?ešení úchopných mechanizm?
• aplikace princip? mechatroniky, telepresence a enhanced reality

UI3 - Hlasové dialogové systémy
Výzkum v oblasti hlasových dialogových systém? komunikujících s ?lov?kem p?irozeným jazykem se bude provád?t:
• výzkum rozpoznávání klí?ových slov a frází pro detekci dialogových akt?
• výzkum statistického p?ístupu k tvorb? dialogových systém?
• konstrukce experimentálního hlasového dialogového systému
• testování experimentálních systém? na skute?ných datech a nalad?ní systému
• transfer výsledk? projektu do komer?ní praxe a ve spolupráci s pr?myslovými partnery nasazení prvních hlasových dialogových systém? komunikujících v p?irozeném jazyce v reálném provozu.

UI4 - Softcomputing
Výzkum metod softcomputing a jejich aplikací se soust?edí na:
• návrh teoretických model? pro kognitivní výpo?ty a hybridní metody výpo?etní inteligence a ur?ení jejich výpo?etní síly a složitosti.
• testování model? na klasifika?ních, ?ídících a kognitivních úlohách jak v softwarovém tak i v robotickém prost?edí.
• výzkum neuronových sítí a mnohorozm?rných prostor? dat a redukce dimenzionality úlohy pomocí datové komprese
• studium a testování neklasických typ? neuronových sítí a jiných postup? s využitím komprimovaných dat

UI5 - Softwarová ?ešení na bázi um?lé inteligence
• Architektury pro softwarová ?ešení na bázi um?lé inteligence se soust?edí na
• architekturu systém? inteligentního ?ízení se zam??ením na implementaci algoritm? fuzzy ?ízení (spolupráce s odd?lením A? CAK)
• architektury systém? pro zpracování znalostí, dolování dat, predikci a pro pot?eby biokybernetiky
• oblast multi-agentních a distribuovaných systém?
• návrhy a realizace informa?ních systém? se zvýšenou bezpe?ností, tj. se strukturovaným systémem rolí a práv s využitím technologie SQL databázových systém? s p?ístupem p?es Internet a s d?razem na využití kryptografických technik pro zajišt?ní bezpe?nosti

Odd?lení  vestav?ných systém?

VS1 - Zpracování signál? na programovatelných obvodech
Cílem je výzkum rychlých algoritm? pro zpracování signál? a jejich ov??ení p?i implementaci na programovatelných obvodech a specializovaných procesorech. P?itom budeme brát v potaz požadavky trendu zvaného „mizející po?íta?“, charakterizovaného vestav?nými inteligentními za?ízeními s malou spot?ebou. Vyjdeme z pokro?ilých algoritm?, které jsme odvodili v rámci projekt? základního výzkumu a ov??ili doposud jen na úrovni simulace v prost?edí Matlab. Plánujeme rozší?it tuto znalost  o implementaci a experimentální ov??ení na programovatelném HW. Výsledek implementace na reálném HW zp?tn? ovliv?uje definici algoritm?. Proto se budeme v?novat celému pot?ebnému spektru od výzkumu algoritm? až po návrh, implementaci a verifikaci. Cílem jsou HW implementace skute?n? využitelné v praxi. Konkrétn? plánujeme:
• Návrh a implementaci t?í rodin algoritm? zpracování signál? a to až na úrove? optimalizovaných modul? pro programovatelné hradlové obvody kombinované s vestav?nými procesory na jediném ?ipu. Bude se jednat o rekurzivní odhadování struktury a testování hypotéz, SVD a subspace metody a algoritmy pracující s afinní projekcí.
• Zam??íme se na vytvo?ení obecné metodologie návrhu dynamicky rekonfigurovatelných obvod?.
• Pro odd?lení bude typická experimentální, výzkumná a realiza?ní práce na projektech.
• Využije existující infrastrukturu založenou na hledání partner? pro EU projekty, pro uzav?ení t?sn?jších spoluprací s vývojovými skupinami v EU i v ?R formou výzkumn? realiza?ních kontrakt?. 
• Výstupem budou funk?ní moduly („Intelectual Property Cores“) ve form? specializovaných knihoven pro standardní programovatelné obvody, pro dynamicky re-konfigurovatelné obvody a pro vestav?né procesory. Tyto moduly budeme nabízet partner?m z praxe.
• Pro jednotlivé fáze budeme používat tyto programové nástroje: Definice algoritmu: Matlab, Simulink, C. P?evod do VHDL a simulace: Systém generátor, Handel C, Modelsim. P?eklad na úrove? syntetizovatelného popisu: Synplify Pro. Návrh programovatelného obvodu: ISE, Figaro. Zapouzd?ení aplikace EDK, GCC, Processor Expert a další.

VS2 - Verifikace systém? diskrétních událostí
Obecným cílem výzkumného sm?ru je zkoumání možností využití dostupných verifika?ních metod a nástroj? k verifikaci (model?) ?ídicích systém? a tvorba nových postup? pro specifické problémy vznikající u konkrétních úloh ?ešených v rámci realizace vestav?ných systém?. P?edpokládá se p?itom nejen ?ešení vybraných p?ípadových studií (case studies), ale i p?ínos v oblasti teoretických základ?. Navážeme na vlastní dosažené výsledky v oblasti verifikace a zam??íme se na modely založené na Petriho sítích, modely založené na procesních algebrách,  modely pracující s reálným ?asem a pravd?podobnostními aspekty. Konkrétn? se zam??íme se na následující oblasti:
• Zkoumání mezí algoritmické verifikovatelnosti behaviorálních relací a "model checkingu" u model? založených na Petriho sítích, procesních algebrách apod
• Analýza rozsahu použití dostupných softwarových nástroj? pro verifikaci vestav?ných systém?
o Modely s reálným ?asem
o Modely s pravd?podobnostními aspekty
o Otázky bezpe?nosti (safety properties)
• Návrh a implementace vlastních nástroj?
o Algoritmy pro vhodné podt?ídy model?
o Experimentální ov??ení metod na p?ípadových studijích

VS3 - Návrhy distribuovaných ?ídicích systém?
Výzkumný sm?r si klade za cíl rozvíjet metody návrhu  distribuovaných sytém? tak, aby vyhov?ly požadavk?m na spolehlivost a bezpe?nost. Velká pozornost bude v?nována mezinárodním standard?m zejména v oblasti pr?myslových komunikací a opera?ních systém?. Tento sm?r bude zahrnovat podstatné ?ásti návrhového ?et?zce od p?vodních real-time  teoretických výsledk? (nap?. hybridní systémy) p?es realizaci systémového SW (návrhové nástroje, komunika?ní protokoly, komponenty do opera?ních systém?) až po ov??ení na vytipovaných aplikacích (automobilový pr?mysl, vlaky,…). Naše úsilí se zam??í na následující oblasti:
• Hybridní systémy
o rozpracování metodiky hybridních Petriho sítí
o srovnání jednotlivých metod pro hybridní systémy na typových aplikacích
o demonstrace na modelu vrtulníku
• ?ešení v jazyku Java
o zkoumání rt-vlastností Javových ?ešení realizovaných na r?zných specifických platformách (Jbed, aJfile, ...)
o studium kompatibility se specifikací Real-time Extensions to the Java™ Platform.
• Návrhový systému pro projektanty
o vytvo?ení unifikovaného rozhraní jednotlivých HW a SW prvk? používaných v ?ídicích systémech
o vytvo?ení základního platform? nezávislého rozhraní (Java, .Net, ActiveX, VBScript …), které pomocí jednotlivých modul? bude ?ešit problematiku rekonfigurace
• Distribuovaný ?ídicí systém pro procesní ?ízení
o realizace protokolu Modbus over TCP/IP - implementace protokolu podle specifikace "Modbus Messaging Implementation Guide"  a "Modbus Application Protocol Specification"
o rozvoj v oblasti systémových prost?edk? pro mikrokontroléry
• Procesor Expert
o rozvoj komponentího p?ístupu k návrhu vestav?ných aplikací
o podpora pr?myslových komunikací (CANOpen)