Регистрация / Вход
Прислать материал

14.604.21.0052

Аннотация скачать
Общие сведения
Номер
14.604.21.0052
Тематическое направление
Информационно-телекоммуникационные системы
Исполнитель проекта
Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной математики им. М.В.Келдыша Российской академии наук"
Название доклада
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
Судаков Владимир Анатольевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
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.
Актуальность и новизна исследования
Оригинальной особенностью реализованного экспериментального образца программно-аппаратного комплекса (ЭО ПАК) является обеспечение взаимодействия специализированных транспортных моделей с унифицированными методами многокритериального анализа альтернатив. При этом физически узлы вычислительной среды распределены, они могут функционировать асинхронно, модели и методы вступают во взаимодействие в рамках решения поставленных задач.
Важную роль в социально-экономическом развитии страны играют проекты по улучшению транспортной инфраструктуры. Транспортная система обеспечивает условия экономического роста, повышения конкурентоспособности национальной экономики и качества жизни населения. Доступ к безопасной и качественной транспортной сети определяет эффективность работы и развития оборонно-промышленного комплекса, бизнеса и социальной сферы. В связи с этим роль транспорта в социально-экономическом развитии страны определяется рядом объемных, стоимостных и качественных характеристик уровня транспортного обслуживания.
Актуальной является задача разработки методов, алгоритмов и программного обеспечения оценки эффективности управленческих решений при изменении топологии улично-дорожной сети, организации дорожного движения, транспортной инфраструктуры. Объемные характеристики транспортного обслуживания напрямую влияют на полноту реализации экономических связей внутри страны и за ее пределами, а также на возможность перемещения всех слоев населения для удовлетворения производственных и социальных потребностей.
Описание исследования

Одной из особенностей постановки задачи оценки инфраструктурных проектов является многокритериальность задачи, т.е. необходимость одновременного учета ряда частных показателей. Другой особенностью постановки является необходимость учета экономических показателей затрат на реализацию проектов и эксплуатацию транспортной инфраструктуры.

В архитектуре экспериментального образца программно-аппаратного комплекса (ЭО ПАК) применяется подход, когда управляющий каркас отсутствует. В этом случае каждая программная реализации транспортной модели выступает в роли независимого агента. Эти агенты способны обмениваться сообщениями. Сообщения могут быть адресными – когда агент отправляет сообщение конкретному адресату. Сообщения могут не иметь конкретного адресата — в этом случае агенты-получатели сами подписываются на конкретные типы сообщений. В целом, подход независимых агентов способствует слабой связности модулей. Слабая связность позволяет повысить производительность системы в целом, а также снижает трудозатраты на внесение изменений.

В ЭО ПАК адресная передача сообщений представляет собой следующий контур: модель передает полученные первичные критерии на вход модуля многокритериального анализа альтернатив, модуль многокритериального анализа передает интегральные оценки на вход модуля оптимизации, а модуль оптимизации передает новые альтернативные варианты параметров на вход модели. Однако адресная передача сообщений труднореализуема в случае наличия вариативного поведения. Например, в СППР могут существовать разные методы многокритериального анализа альтернатив. Каждый из методов удобно разрабатывать в рамках отдельного агента. В случае адресных сообщений модель должна понимать, какому из методов передавать результаты своей работы. Однако модель ничего не знает и не должна знать о таких методах.

По вышеуказанным причинам целесообразно, чтобы транспортная модель публиковала результаты своей работы на некой «доске объявлений», а методы многокритериального анализа могли «читать» эти объявления выбирая подходящие. Этот подход соответствует паттерну Blackboard [2]. Технически СППР интегрируется с траспортными моделями на уровне веб-сервисов с обменом XML/JSON данными по restful API. Такой способ универсален при выборе средств разработки ПО, дает возможность использовать разнородное свободное системное ПО, обеспечивает масштабирование и реализацию распределенной вычислительной среды. Концепция репрезентативного состояния, представленная в работе [3], позволяет разрабатывать и отлаживать вариативные модули независимо и снижает вероятности ошибок на интеграционном стыке. Недостаток подхода – это дополнительные трудозатраты на реализацию веб-сервисов и накладные расходы связанные в передачей данных по протоколу HTTP.

Были разработаны следующие модули ЭО ПАК:

  • модуль управляющих программ по организации взаимодействия информационных и вычислительных ресурсов и Интернет-сервисов;
  • модуль информационной поддержки прогнозирования и экспертиз управленческих решений;
  • вычислительный модуль обеспечения вычислительных экспериментов на наборе транспортных моделей;
  • модуль информационно-аналитической поддержки процесса учебно-методической работы при подготовке специалистов.

Одна из транспортных моделей была реализована на базе аппаратно-программной суперкомпьютерной платформы К-100, базирующейся в Институте прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, используемой для решения транспортных задач.

Результаты исследования

Выполнен комплекс работ по экспериментальным исследованиям поставленных  задач. В результате работ по проекту, подготовлены:

а) Техническая (конструкторская и программная) документация, содержащая результаты технических и программных решений и разработок.

б) ЭО ПАК суперкомпьютерной информационно-аналитической платформы прикладного моделирования, прогнозирования и экспертиз транспортных процессов и систем.

в) Программа и методики экспериментальных исследований ЭО ПАК.

г) Результаты экспериментальных исследований ЭО ПАК.

Разработанная техническая документация отражает реализацию технических (программных и технологических) решений и соответствует требованиям ГОСТ 19.502-78, ГОСТ 19.401-78, ГОСТ 19.402-78, ГОСТ 2.701-84. На базе системных классов и скриптов WS-DSS, CAM-2D, TOptim, flows_optimize, StochUrbanHighwayMicroSim, nxFlow-T, RunTrTasks созданы программные модули:

  • управляющих программ по организации взаимодействия информационных и вычислительных ресурсов и Интернет-сервисов ЭО ПАК;
  • информационной поддержки прогнозирования и экспертиз управленческих решений средствами ЭО ПАК;
  • обеспечения вычислительных экспериментов на наборе транспортных моделей, входящих в ЭО ПАК, реализующих модели активности населения, графа транспортной сети на макро и микроуровне, построения маршрутов движения транспорта и пешеходов, прогноза спроса на перевозки в транспортной сети на макроуровне с учетом равновесных распределений транспортных потоков, прогноза транспортных потоков на микроуровне;
  • информационно-аналитической поддержки процесса учебно-методической работы при подготовке специалистов.

Проведенные вычислительные эксперименты показали корректность работы ЭО ПАК, в том числе и на суперкомпьютере. Соблюдены требования ТЗ по допустимым диапазонам исходных данных и по точности расчетов. Полнота исследований подтверждается тем, что экспериментальные исследования отличаются большим разнообразием, а результаты высокой степенью достоверности. Результаты работ по этапу опубликованы на сайте ИПМ им. М.В. Келдыша РАН по адресу http://www.keldysh.ru/minobr/

 

Практическая значимость исследования
Результаты исследований показали практическую осуществимость решения комплексных задач прикладного моделирования, прогнозирования и экспертиз транспортных процессов и систем.