Отчет ИВМ СО РАН за 2008 годФедеральные программы
Федеральная целевая научно-техническая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники на 2007 — 2012 годы»Мероприятие 1.12 «Развитие системы ведущих научных школ как среды генерации знаний и подготовки научно-педагогических кадров высшей квалификации» Грант Президента РФ для ведущих научных школ № НШ-3431.2008.9.»Методы компьютерного моделирования и аналитической обработки данных в системах информационно-телекоммуникационной поддержки регионального управления»Руководитель: чл.-корр. РАН В. В. Шайдуров Направление 1. Интеллектуальные средства управления OLAP-моделированием. Разработаны модели и методы интеграции средств управления документами, управления данными и OLAP-моделирования для оперативной документационной и информационно-аналитической поддержки задач организационного управления. Разработанные модели и методы позволяют автоматизировать создание и модификацию документов сложной структуры с возможностью гибкой подстройки к меняющимся условиям, не требуя программирования и знания структуры базы данных. Разработана функциональная модель процесса генерации документов. Предложен метод моделирования структуры документа, основанный на применении языка специализированной разметки. С целью поддержки сложной логики формирования документов реализован механизм оперативного построения запросов на основе OLAP-моделирования. Разработаны алгоритм анализа шаблона с построением визуального представления информационной структуры документа и алгоритм управления заполнением данными при генерации. Модели и методы оперативного формирования документов реализованы в автоматизированной системе поддержки размещения муниципального заказа. Применение технологии OLAP-моделирования обеспечивает поддержку оперативного анализа данных реестров муниципального заказа, показателей организации муниципального заказа и эффективности проведения торгов, а также подготовку сводных отчетных документов. Направление 2. Методы динамического геоинформационного моделирования. Для решения задачи динамического формирования новых картографических слоев разработаны алгоритмы получения пространственной информации, позволяющие найти координаты точек для построения объектов нового точечного, линейного и площадного слоя на основе значений координат таблицы из базы данных, или соответствия объектам слоя из топографической основы карты. Можно динамически сформировать и визуализировать одновременно несколько картографических слоев. ГИС позволяет производить с динамически сформированными слоями те же операции, что и со слоями из топографической основы карты, включая применение методов тематического картографирования. Например, для картографического отображения муниципальных организаций используется метод динамического формирования точечного слоя на основе картографической привязки с использованием синтаксического разбора почтовых адресов. Получили развитие методы формирования динамических площадных слоев. Использование таблиц агрегатов для динамического формирования картографических слоев является отличительной особенностью средств оперативного географического моделирования по сравнению с традиционными геоинформационными системами. Направление 3. Инструментальный комплекс предупреждения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. С применением разработанных оригинальных средств построения экспертных геоинформационных систем для поддержки регионального управления созданы и внедрены прикладные системы по предупреждению чрезвычайных ситуаций. Инструментальные средства представляет собой расширяемый модульный программный комплекс, включающий в себя различные программные модули и информационные ресурсы в зависимости от задачи. Система интегрирует технологии геоинформационных, экспертных систем, баз данных, оперативной аналитической обработки данных для решения аналитических и оперативных задач. Для оперативной аналитической обработки многомерных данных используется технология OLAP. Многомерная модель позволяет адекватно представить процесс работы с информационными объектами, наглядно описать основные аналитические операции, оптимальным образом построить физическую модель данных для хранения и обработки запросов. OLAP обеспечивает высокую скорость работы с данными при выполнении аналитических операций, наглядное представление результатов и оперативное построение отчетов. Построены и внедрены в промышленную эксплуатацию прикладные системы «Паводки», «Пожары» и «Техногенные аварии». Система «Паводки» обеспечивает информационную поддержку управления на всех этапах мониторинга, планирования и проведения мероприятий по снижению риска затопления территорий и смягчению последствий данного вида ЧС. Система «Пожары» на основе статистической информации и физико-географических характеристик территории позволяет проводить оценку пожарных рисков в сельских районах Красноярского края, рассчитывать стоимость мероприятий по созданию и модернизации сети противопожарных формирований, проводить анализ эффективности работы подразделений МЧС. Система «Техногенные аварии» является продолжением разработок экспертной системы по химическим авариям «ЭСПЛА», выполненных в ИВМ СО РАН в 1994-98 гг. Добавлены и обновлены информационные ресурсы (планы городов, данные по взрывопожароопасным объектам), расчетные методики оценки обстановки при авариях на объектах хранения и переработки нефтепродуктов и другие программные модули. С помощью данных систем выполнено моделирование последствий аварий на крупных объектах энергетики Красноярского края: Богучанская и Красноярская ГЭС, ТЭЦ-1 и ТЭЦ-2 в городе Красноярске, ряде других объектов, проведены оценки рисков и ущербов, возникающих при реализации различных сценариев аварийных ситуаций. Направление 4. Развитие комплекса программно-технологических решений для геоинформационного Интернет-портала. Основное назначение портала — организация распределенного хранилища пространственных данных и метаданных, а также обеспечение доступа к этим данным с помощью различных служб и веб-сервисов. Цель его создания — информационное обеспечения задач мониторинга состояния природной среды и ресурсов в региональных ГИС. Разработка программных средств для анализа пространственных данных в среде геоинформационного веб-портала на основе платформы ГИС MapGuide Open Source. В работе решаются проблемы, возникающие при разработке средств навигации по распределенному хранилищу пространственных данных и сервисов для пространственного анализа и математического моделирования. Разрабатываемые программно-технологические средства — это высокоуровневые библиотеки функций и классов, шаблоны ориентированных на конечного пользователя приложений. Они обеспечивают оперативное решение следующих задач: Направление 5. Технология распределенного доступа к документам и информационным ресурсам. На основе разработанной технологии распределенного доступа к документам и информационным ресурсам выполнено дальнейшее развитие информационной среды библиотеки Института вычислительного моделирования СО РАН. Разрабатываются подходы и методы формирования электронных библиотек, основанных на технологиях распределенного хранения данных. Выделены две основные технологические составляющие полнофункциональной электронной библиотеки — информационный портал и хранилище полнотекстовых ресурсов. Разрабатываются пути развития существующих технологий в направлении от сайта библиотеки — к информационному порталу, и от файловой системы — к хранилищу данных. Развитие сайта библиотеки в текущем году включало наполнение информационными ресурсами шлюза Z39.50-HTTP Красноярского научного центра СО РАН, функционирующего на сервере библиотеки Института. Направление 6. Мониторинг окружающей среды. Проведено численное моделирование неустановившегося движения воды в верхнем и нижнем бьефах проектируемой Мотыгинской ГЭС, завершающей Ангарский каскад ГЭС. Работы велись в сотрудничестве с Отделом гидропрогнозов Красноярского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды с региональными функциями (КЦГМС-Р) РОСГИДРОМЕТА. При этом была рассмотрена математическая модель, позволяющая описать неустановившееся движение в открытом русле с учетом бокового притока, который описывался по методу бассейнов-индикаторов А. В. Огиевского с использованием данных о ежедневных расходах воды небольших рек-аналогов, впадающих в р. Ангару на рассматриваемых участках. По результатам исследований даны экспертные оценки и рекомендации в Отчет «Оценка воздействия Мотыгинской ГЭС на гидрологические характеристики р. Ангары». Для обеспечения на территории Красноярского края функционирования системы мониторинга геодинамических активных областей с помощью прогностических полигонов и решения задачи оперативной оценки сейсмической опасности разработано алгоритмическое и программное обеспечение для моделирования данных наблюдений с использованием кластеров и многоядерных процессоров. Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение показало свою эффективность при численном анализе данных геомониторинга применительно к Алтае-Саянской сейсмоактивной области. Разработана вычислительная технология расчета природно-техногенных рисков для крупных гидротехнических сооружений. Показано, что при оценке вероятностей реализации сценариев аварий необходимо учитывать геоэкологические характеристики изучаемой территории. Предложена на основе ГИС-технологий методика оценки последствий аварий на гидротехнических сооружениях. Проведено моделирование гипотетических аварий для крупных ГЭС Красноярского края на основе разработанной методики. Направление 7. Разработка показателей устойчивого природопользования в Красноярском крае. Разработаны показатели устойчивого природопользования в Красноярском крае, включающие критерии с соответствующими целевыми установками и совокупностью индикаторов, сопровождающих эти критерии, в их числе показатели для земельных, водных, атмосферно-воздушных, биологических, минеральных, ресурсов, а также отходов производства и потребления с характеристикой экономических, экологических и социальных аспектов. Показатели включают 17 критериев и 152 индикатора. Безусловно, на их основе трудно создать систему управления устойчивым природопользованием. Но их совокупность является по сути дела банком показателей. На основе ресурсных показателей создана «Региональная комплексная система показателей устойчивого природопользования в Красноярском крае», которая имеет всего 28 индикаторов (15 наиболее важных), и может быть использована практически для мониторинга природопользования в регионе. В общем виде система налогообложения минерально-сырьевого комплекса и использования налогов, на наш взгляд, должна отвечать целям устойчивого развития и включать в себя: платежи за пользование недрами, рентный платеж, отчисления на воспроизводство минерально-сырьевой базы, экологические налоги и сборы направлены на компенсацию ущерба, наносимого окружающей среде. Учитывая недостатки действующей системы платежей за пользование лесными ресурсами, а также их возобновимый характер, представляется, что система специального налогообложения лесного сектора должна включать в себя следующие платежи: арендная плата, платежи на возобновление лесного фонда, рентные платежи, экологические платежи. Основные публикации (по направлениям). По направлению 1:
По направлению 2:
По направлению 3:
По направлению 4:
По направлению 5:
По направлению 6:
По направлению 7:
(Отделы вычислительной математики, вычислительной физики, прикладной информатики, средств телекоммуникаций и вычислительной техники)
Грант Президента РФ для ведущих научных школ № НШ-2260.2008.1 «Теория и приложения задач со свободной границей» Руководитель: чл.-корр. РАН В. В. Пухначев Блок «Точные решения и устойчивость течений с поверхностями раздела» Руководитель блока: д.ф.-м.н., проф. В. К. Андреев Методами численного моделирования исследована задача о смешивании бинарной смеси в прямоугольной области при условиях пониженной гравитации в быстроменяющемся внешнем горизонтальном силовом поле. Рассмотрено начальное состояние системы с наличием узкой поверхности раздела двух компонентов смеси, что соответствует условию устойчивого равновесия. В зависимости от параметров задачи обнаружены различные режимы течения. Так, при доминировании вибрационной нагрузки над гравитационной ( ) наблюдается интенсивный пристенный режим смешивания компонентов с образованием структур течения, характерных для неустойчивости Кельвина-Гельмгольца. Уменьшение интенсивности вибрации приводит к сокращению заброса массы вдоль вертикальных стенок и, в предельном случае, к диффузионному режиму смешивания компонентов. При исследовании смешивания слоев различной толщины обнаружены режимы вибрации, при которых происходит растворение только одного из компонентов с сохранением неизменной формы переходной поверхности раздела. Исследована устойчивость равновесия двух бинарных смесей с общей границей раздела и одной свободной границей. В зависимости от параметров задачи определены области устойчивости системы при изменении волнового числа. Методом Галёркина проведено исследование задачи об эволюции поля скоростей и свободной границы вязкого плоского слоя на твёрдой подложке. Показано, что в зависимости от выбора знака начальной скорости поперёк слоя свободная граница стабилизируется (скорости стремятся к нулю), либо решение разрушается за конечное время. Выделены интегрируемые в квадратурах инвариантные подмодели уравнений термодиффузионной конвекции для некоторых специальных зависимостей плотности (силы плавучести). В частности, для двух подмоделей, в которых плотность произвольно зависит от температуры и концентрации, поставлены и решены краевые задачи. В случае течения жидкости между двумя твёрдыми стенками под действием постоянного градиента давления одна из подмоделей описывает обобщённые течения Пуазейля при линейном распределении температуры и концентрации в зависимости от поперечной координаты. При задании граничных условий на твёрдой стенке и свободной поверхности другая подмодель описывает состояние покоя жидкости под воздействием линейно распределённых температуры и концентрации. Рассмотрена задача о конвекции слабо сжимаемой жидкости. В уравнениях свободной конвекции учитывается функция теплового источника. Устойчивость равновесного состояния горизонтального слоя относительно малых возмущений изучается методом линеаризации. На основе численных расчетов показано, что состояние механического равновесия жидкости является неустойчивым. Построены нейтральные кривые и найдены критические числа Релея. При расчетах использовались значения физических параметров, характерные для воды озера Байкал. Дано решение осесимметрической задачи о развитии термоконцентрационного движения в плоском слое со свободными границами. Найдено, при некоторых предположениях, точное решение задачи в виде рядов по функциям Бесселя, которое является «тестовым» для решения общей задачи методом Галёркина. Определена эволюция свободных границ в зависимости от физических параметров задачи. Исследована сопряжённая начально-краевая задача, возникающая при однонаправленном движении бинарной смеси в цилиндрической трубе. Смесь контактирует через поверхность раздела с вязкой теплопроводной жидкостью (смазкой) на стенке трубы. Движение возникает под действием нестационарного перепада давления. Установлено, что если перепад давления стремится к нулю по экспоненте, то происходит торможение жидкости и смеси. В случае стабилизации градиента давления на бесконечности по времени скорости, температуры и концентрация выходят на стационарный режим. Исследована устойчивость нелинейных колебаний сферического слоя идеальной жидкости. Численно построены амплитуды возмущений поверхностей слоя в зависимости от физических параметров. Проведено исследование устойчивости стационарной конвекции трехкомпонентной жидкости в термогравитационной колонне (длинный вертикальный слой, подогреваемый сбоку). Устойчивость течения является необходимым условием корректного измерения коэффициентов диффузии и термодиффузии в колонне. Расчеты проводились методом Галеркина и методом пошагового интегрирования с ортогонализацией в широком диапазоне входных параметров. Изучено влияние диффузионных и термодиффузионных свойств компонентов смеси на границы устойчивости. Отдельно рассмотрен эффект перекрестной диффузии, а также влияние тепловых свойств смеси на устойчивость течения. Установлено, что в некоторых случаях колонна остается устойчивой, когда один из компонентов имеет отрицательный эффект Соре (т. е. этот компонент является тяжелым и накапливается в верхней части колонны). На основе полученных результатов сформулированы рекомендации для проведения экспериментов по измерению коэффициентов переноса в колонне. Основные публикации:
(Отдел дифференциальных уравнений механики)
|
||||||||||||
| Webmaster |