Регистрация / Вход
Прислать материал

Выбор направлений исследований в проекте "Разработка архитектуры, принципов построения и программного обеспечения суперкомпьютерной информационно-аналитической платформы прикладного моделирования, прогнозирования и экспертиз транспортных процессов и систем в виде сетевой компьютерной лаборатории".

Докладчик: Осипов Владимир Петрович

Должность: Ведущий научный сотрудник, доцент, к.т.н.

Цель проекта:
1. В проекте решается проблема повышения оперативности и эффективности информационно-аналитической поддержки принятия управленческих решений по развитию транспортной инфраструктуры. 2. В рамках проекта идет разработка комплекса научно-технических решений, направленных на создание суперкомпьютерной информационно-аналитической платформы прикладного моделирования, прогнозирования и экспертиз транспортных процессов и систем, предназначенных для развития транспортной инфраструктуры.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Предлагается создать комплекс технологий и программного обеспечения макета сетевой компьютерной лаборатории математического моделирования, прогнозирования и экспертиз транспортных процессов и систем, включая:
• методы формирования матриц корреспонденций для легкового, грузового и общественного транспорта, определения загрузки (спроса на перевозки) транспортной сети с учетом равновесных распределений автомобильного транспорта, рельсового транспорта и пассажиропотоков;
• технологии организации и планирования вычислительного эксперимента по исследованию характеристик транспортных процессов и систем;
• компьютеризированные ресурсы информационно-аналитической поддержки моделирования, прогнозирования и экспертиз возможных вариантов проектных и управленческих решений по развитию транспортной инфраструктуры;
• образовательные ресурсы подготовки и повышения квалификации специалистов в области транспортного моделирования.

2. Разрабатываемые методы и комплексы прикладных программ предназначены для прогнозирования характеристик транспортных процессов и систем на суперкомпьютерах гибридной архитектуры и обеспечат данными подготовку проектных и управленческих решений по развитию транспортной инфраструктуры в мегаполисах и России в целом.

3. Новизна подходов и методов решения задач при выполнении ПНИ в целом связана с разработкой новых алгоритмов и корректных композиций алгоритмов, проблемно-ориентированных методов предварительной обработки и анализа данных, аппаратно-программных средств, обеспечивающих прямое комплексное вычислительное моделирование транспортных систем с заданной точностью и использованием суперЭВМ или многопроцессорных вычислительных систем (МВС) гибридной архитектуры с широким распараллеливанием процессов вычислений. Впервые, в том числе и в мировой практике, предполагается проведение комплексных исследований, связанных с созданием интегрированной системы - сетевой компьютерной лаборатории - в виде информационно-моделирующей среды, объединяющей информационные, вычислительные и образовательные ресурсы в области транспортного моделирования.
4. Планируемые результаты соответствуют мировому уровню, так как общемировая практика по решению транспортных проблем связана с развитием и внедрением интеллектуальных транспортных систем (ИТС), которые базируются на интеллектуальном анализе больших объемов данных мониторинга транспортных потоков, на оперативном и долгосрочном прогнозировании по результатам математического и имитационного моделирования, на информационной поддержке принятия решений для всех участников транспортного процесса. Все перечисленные компоненты найдут свое развитие в проекте.
5. Будет проведено комплексное исследование методического и программного обеспечения, которое включает:
• методы, алгоритмы и программы подготовки исходных данных для набора транспортных моделей;
• комплекс транспортных моделей и пакетов прикладных программ содержащих методы микро-, мезо- и макромоделирования;
• технологии и методы планирования и организации вычислительного эксперимента, включая методы, алгоритмы и компьютерные средства поддержки принятия решений при определении потребного уровня достоверности моделирования;
• методы, алгоритмы и программные комплексы высокопроизводительных вычислений с использованием параллельных расчетов на графических платах.
Будут определены предполагаемые сценарии использования сетевой компьютерной лаборатории различными группами пользователей. Это позволит выделить компоненты системы и сформировать предварительные требования к ним, обеспечивающие выполнение основных функций и удобство пользования. В ходе выполнения проекта требования могут уточняться.
Будет построена информационная модель сетевой компьютерной лаборатории, что предполагает формализацию предметной области транспортного моделирования, выделение ее сущностей, их атрибутов и связей между ними. Основное внимание будет уделено удовлетворению основных функциональных требований. Будут определены и описаны программные объекты, схемы баз данных и знаний с целью выполнения системных требований. Будет применена технология объектно-ориентированного проектирования сложных систем. Средствами унифицированного языка моделирования (UML) будут построены диаграммы классов, диаграммы взаимодействия между классами.
Будут созданы программные объекты и модули макетной версии сетевой компьютерной лаборатории. Программные средства будут обеспечивать выполнение функциональных требований к СКЛ. Научно-технические риски минимальны, поскольку ключевые компоненты методологии моделирования и системной интеграции программных модулей в вычислительную среду уже апробированы.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Области применения результатов включают:
• построение математических и имитационных транспортных моделей, адаптацию их к различным сферам применения на всех этапах жизненного цикла транспортной инфраструктуры городов, регионов и России в целом;
• разработку методов и регламентов проведения вычислительных экспериментов, имитирующих невоспроизводимые в реальных условиях транспортные процессы;
• создание подходов и методов интеграции математических моделей с системами поддержки принятия решений в ИТС разного масштаба в городах и регионах России.

2. Разработка заявленного комплекса технологий и планируемые результаты предназначены для:
• внедрения разрабатываемых программно-аппаратных комплексов информационной поддержки принятия решений в сферах планирования дорожно-мостового строительства, модернизации транспортной инфраструктуры, оптимизации сетей уличного и внеуличного транспорта общего пользования, разработки комплексных схем организации дорожного движения, экспертизы инфраструктурных транспортных проектов и проектов организации дорожного движения и логистических систем для грузовых и пассажирских перевозок, что повысит эффективность инвестиций в транспортную отрасль, улучшит транспортное обслуживание населения, снизит загрузку улично-дорожной сети крупных городов, снизит вероятность возникновения заторов, позволит разрабатывать обоснованную транспортную политику городов, повысить безопасность дорожного движения и пассажирских перевозок;
• внедрения информационно-аналитических центров интеллектуальных транспортных систем для выработки решений по оперативному управлению транспортными потоками, транспортом общего пользования и специальным транспортом аварийных и оперативных служб, что позволит снизить количество заторовых ситуаций, снизить время трудовых, культурно-бытовых и других поездок, снизить ущерб при возникновении нештатных и чрезвычайных ситуаций, обеспечить контроль работы транспорта общего пользования и аварийных служб, а также повысить информированность участников движения о транспортной ситуации и ее развитии в краткосрочной перспективе;
• подготовки и привлечения в транспортную отрасль высококвалифицированных специалистов в области математического и имитационного моделирования на высокопроизводительной вычислительной технике.
3. Научно-технический результат ПНИ связан с оценкой целого спектра характеристик транспортных потоков и транспортной сети, который может быть разложен по следующим компонентам:
• транспортная сеть (состояние транспортной сети; номинальная, реальная и пиковая пропускная способность; проходимость дорог для служб экстренного вызова; доступность для населения основных социальных служб);
• транспортный трафик (состав, основные субъекты и составляющие грузо- и пассажиро- потока; циклические и апериодические пульсации трафика; скрытые зависимости между графиком функционирования грузополучателей, грузоотправителей, перевозчиков и циклическими и апериодическими пульсациями трафика);
• "транспортная компонента" социальной и экологической обстановки (степень удовлетворения потребностей населения в транспортном обслуживании; состояние безопасности перевозок; экологическая нагрузка);
• экономическая характеристика (действующие тарифы и ценовая политика перевозчиков; определяемые спецификой развития транспортной инфраструктуры, депрессивые зоны);
• критические грузы (текущее местоположение, состояние и маршруты их перемещения).
Наиболее активными потребителями могут быть предприятия реального сектора экономики и структуры, которые заинтересованы в результатах подобных работ - это различные навигационные компании и их партнеры, которые непосредственно используют в своей работе транспортные данные.
Кроме того, очевидна заинтересованность в результатах ПНИ государственных структур, отвечающих в регионах и городах за развитие транспортной инфраструктуры и общественные перевозки.
Предполагается осуществление следующих мероприятийпо развитию ситемы демонстраций и популяризации науки:
а) проведение постоянно-действующего семинара «Математическое моделирование транспортных потоков» в Независимом московском университете, руководитель Гасников А.В.
http://www.mathnet.ru/php/conference.phtml?option_lang=rus&eventID=24&confid=424
б) участие в Российских и международных конференциях по транспортному моделированию и исследованию операций: Traffic and granular flow, OPTIMA, Operation research management и другие.
в) публикация результатов исследования в тематических научных журналах в России и за рубежом (Spatial and economic networks, Transportation research, Transportation studies и другие).
г) разработка и развитие Интернет-сайта проекта http://traffic.keldysh.ru/

Текущие результаты проекта:
Текущие результаты относятся к первому этапу и связаны с выбором направлений исследований. Они содержат:
1.1 Аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ.
1.2 Проведение патентных исследований в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
1.3 Обоснование выбора для дальнейшего исследования и разработки технических решений прикладного моделирования, прогнозирования и экспертиз транспортных процессов и систем, включающее:
1.3.1 Анализ типовых задач и состояния исследований функционального моделирования транспортных процессов и транспортной инфраструктуры.
1.3.2 Анализ эффективности существующих программных комплексов транспортного моделирования, степени удовлетворенности потребителей техническими решениями, реализованными в популярных пакетах типа Aimsun, PTV Vissim, Transnet.
1.3.3 Применение математических и имитационных транспортных моделей на супер ЭВМ современной архитектуры.
1.3.4 Исследование процессов подготовки исходных данных для моделирования, включая обработку первичных данных, методов калибровки транспортных моделей, методов планирования вычислительных экспериментов (параметрических исследований на ЭВМ), методов обработки и документирования результатов вычислений.