Проект в Университете ИТМО и Университете Амстердама по установке автономных светофоров для предотвращения последствий блэкаута
Амстердамский университет, который считается пионером в подготовке специалистов в сфере Computational Science, взаимодействует с НИИ наукоемких компьютерных технологий Университета ИТМО с 2007 года, а с 2012 года реализует совместную магистерскую программу двойного диплома с кафедрой высокопроизводительных вычислений.
В прошлом году представители двух вузов подписали соглашение о продлении сотрудничества еще на пять лет, то есть до 2022 года, при этом большой акцент в коллаборации будет делаться на развитие совместной магистерской программы. По этой программе обучающиеся получаются сразу два диплома — один российского образца, а другой — европейского. Отбор на нее ведется на конкурсной основе среди поступивших на кафедру высокопроизводительных вычислений. Валентин Мельников завершил свой магистерский проект по этой программе в 2016 году, где начал исследования распределения транспортных потоков при блэкауте в Амстердаме. Сейчас он продолжает работать над проектом.
Цель работы — выяснить, как отключения электричества влияют на транспортные потоки, а также определить, какие элементы городской инфраструктуры необходимо делать автономными, чтобы последствия блэкаута были минимальны для горожан. Такими автономными элементами могут стать светофоры.
«Если не работает транспортная система города, то перестают работать все остальные: “скорые” не могут доехать до больных — это система жизнеобеспечения; полицейские не могут прибыть на вызов — это безопасность; жители не могут добраться на работу — это экономические потери. Поэтому в этой работе мы моделируем, какие и сколько элементов инфраструктуры, например, светофоров необходимо сделать автономными, чтобы обеспечить пропускную способность на дорогах при блэкаутах», — пояснил Валентин Мельников.
Для моделирования используются данные, которые удалось собрать после реального случая блэкаута в Амстердаме, произошедшего в марте 2015 года. Тогда во всей провинции Северная Голландия были серьезные проблемы с подачей электричества, которые продолжались около трех часов, из-за чего международный аэропорт Скипхол, который входит в пятерку крупнейших в Европе, отменил множество рейсов, другие же перенаправил в другие аэропорты. Данные о сложившейся тогда транспортной ситуации удалось собрать с помощью датчиков и сенсоров, которые уже работали в городе.
Ученые проанализировали информацию о том, сколько людей пересели с общественного транспорта в личные автомобили, создав тем самым дополнительные заторы на дорогах, как замедлился трафик в целом на тех или иных участках. Затем на основе этих данных была разработана компьютерная модель события с помощью метода агентного моделирования, который учитывает поведение каждого участника системы — а это порядка 500 000 автомобилей, которые курсируют в Амстердаме и окрестностях каждый день.
Модель достаточно реалистично воспроизвела то, как действительно развивалась ситуация при блэкауте в 2015 году. Это значит, что ее можно применять для прогнозирования тех или иных нештатных ситуаций, которые могут случиться в транспортной системе города. А также ее можно использовать, чтобы проверять, как устройство автономных светофоров в разных частях города повлияет на пропускную способность дорог.
Сейчас Валентин Мельников приехал на пару недель в Университет ИТМО для завершения исследования. С помощью моделирования разных сценариев размещения автономных элементов инфраструктуры будет выявлено, как устойчивость транспортной системы зависит от количества и расположения этих элементов. Одновременно по этой научной работе готовиться статья для публикации в журнале.
«Хоть мы и исследуем последствия блэкаута на примере Амстердама, в будущем эту модель можно будет масштабировать на любой город, просто в нее нужно будет подставить данные, актуальные для конкретного города. Симуляция возникновения нештатных ситуаций может помочь городским властям принимать верные решения при городском планировании, установке новых или замене старых объектов инфраструктуры, чтобы они были рассчитаны на возможные проблемы. То, что мы создали модель на основе реального случая — это хороший пример того, как можно из реальной ситуации получить полезные данные и использовать их для улучшения городской среды», — прокомментировал Валентин Мельников.
Проект в Наньянском технологическом университете по созданию комфортных городских условий в жарком климате
В Наньянском технологическом университете Валентин Мельников работает два года научным сотрудником под руководством Питера Слоота, который является соруководителем подразделения Complexity Institute в вузе. Там выпускник Университета ИТМО проводит исследования по проекту, цель которого — определить условия для создания комфортных городских пространств в жарком и влажном климате. К этому проекту Валентин подключился сразу после окончания магистратуры по приглашению Питера Слоота.
Проект ведется совместно со Швейцарской высшей технической школой Цюриха (ETH Zurich), над ним работает группа ученых из разных областей: архитекторы, дизайнеры, урбанисты, а также специалисты по анализу больших данных и компьютерному моделированию. Суть проблемы, которую решает группа ученых, состоит в том, что в условиях некомфортной городской среды, которые возникают из-за жары, жители Сингапура могут меньше времени проводить на свежем воздухе, меньше заниматься спортом, гулять. Иными словами, быть менее счастливыми, чем могли бы быть. Поэтому правительство города-государства хочет планировать новые здания и объекты инфраструктуры так, чтобы они были максимально комфортны жителям с точки зрения климата.
«Проект еще на начальной стадии. Мы пытаемся понять, что такое комфортный климат для разных людей, что нужно изменить в городской среде, чтобы сделать ее более комфортной. Наша цель — разработать платформу агентного моделирования, которая будет учитывать индивидуальные особенности каждого пешехода: какая у него физиология, какую одежду он носит, как себя чувствует при разных температурах, как быстро он захочет уйти из места, если там становится слишком жарко», — рассказал Валентин Мельников.
Сложность проекта в том, что у каждого человека свое понимание комфорта, поэтому одной литературой по физиологии и терморегуляции человека не обойтись. Поэтому исследователи проводят опросы людей на улицах и в помещениях о том, как они себя чувствуют, смотрят, какая на них одежда, при этом одновременно ученые измеряют погодные условия в месте опроса с помощью портативных метеорологических станций, а также записывают демографические и физиологические показатели респондентов.
Некоторые особенности научной работы в Наньянском технологическом университете
Вуз входит в топ-15 лучших вузов мира, и государство вкладывает много ресурсов в развитие высшего и последипломного образования в нем. Если молодой ученый хочет получить PhD в Наньянском технологическом университете, он должен заниматься там научной работой четыре года. При этом в первые полгода аспирант изучает профильные курсы, а также общепрофессиональные, такие, как педагогика, тайм-менеджмент.
В следующие полгода аспирант окончательно формулирует тематику и цели своего исследования, которым он хочет заниматься в будущие три года, и представляет свою будущую работу комиссии вуза. В этом смысле все исследователи вуза, включая и аспирантов, и научных сотрудников, имеют некоторую свободу выбора, чем заниматься в рамках выбранного проекта или научного направления.
«Я, например, в рамках своего проекта выбрал, что хочу заниматься именно агентным моделированием, а не высокоуровневыми моделями. Свобода в научной работе имеет и такую сторону, что ученый в НТУ должен быть самостоятельным и уже иметь исследовательские навыки. В НТУ ученый всегда может рассчитывать на международное сотрудничество, на быструю доставку нужного оборудования, кампусы вуза всегда открыты для ученых. Многие ученые там работают нон-стоп. С одной стороны, это нездорово, но с другой стороны, это значит, что они увлечены своей работой, и в науке так и должно быть», — сказал Валентин Мельников.
Он также добавил, что в Наньянском технологическом университете работают интернациональные команды. Безусловно, очень много ученых из Азии. Поэтому требуется время, чтобы привыкнуть к работе в мультикультурной команде, однако впоследствии это приносит свои положительные результаты, а работа становится только интересней, подчеркнул Валентин Мельников.
