Отчет ИВМ СО РАН за 2011 годПрограммы фундаментальных исследований Президиума РАНПрограмма № 14 «Интеллектуальные информационные технологии, математическое моделирование, системный анализ и автоматизация» Координаторы программы: академик С. В. Емельянов, академик Ю. И. Журавлев Проект 14.16. Методы и средства OLAP-моделирования в системах поддержки территориального управленияРуководитель: д.т.н., проф. Л. Ф. Ноженкова На основе оригинального метода концептуального OLAP-моделирования, позволяющего строить интегральную аналитическую модель предметной области в виде концептуальной решетки OLAP-кубов, разработаны модели представления, хранения и применения экспертных знаний о концептах — OLAP-кубах. Для поддержки адаптивного манипулирования объектами анализа разработана продукционная модель знаний о кубах-концептах, упорядоченных отношением Галуа в виде концептуальной решетки OLAP-кубов. База правил отражает отношения между кубами-концептами решетки и отношения между объемом (показателями) и содержанием (измерениями) куба-концепта решетки. Для реализации логического вывода разработана схема физического хранения базы правил, выполнено формальное описание процедуры вывода. Созданные средства концептуального OLAP-моделирования позволяют выявлять аналитические зависимости между объектами анализа предметной области, и способствуют обнаружению новых знаний для принятия решений. Выполнены работы по реализации и развитию механизмов наследования в справочниках и классификаторах, используемых в качестве аналитических OLAP-измерений при оперативной аналитической обработке данных. С применением предложенной ранее методики обеспечения ретроспективного OLAP-анализа выполнена адаптация OLAP-инструментария для использования механизмов наследования в различных приложениях. Теоретически обоснованы и практически апробированы стандарты представления семантических и пространственных данных для оценки и управления территориальными рисками. Предложены алгоритмы картографического моделирования рисков для территорий различного масштаба, построения атласов рисков и оперативных карт обстановки. На основе интеграции методов информационно-вычислительного моделирования и 3D-визуализации разработаны средства поддержки принятия решений при угрозах пожарной безопасности. Для анализа результатов моделирования эвакуации и развития пожара разработаны алгоритмы, позволяющие автоматически формировать аналитические отчеты о ходе эвакуации. Реализовано построение сравнительных таблиц времени эвакуации и стадий развития пожара для выявления опасности воздействия опасных факторов пожара на людей. Для поддержки принятия решений при возникновении угроз пожарной безопасности разработана модель и алгоритмы формирования рекомендаций по ликвидации (уменьшению) рискообразующих факторов, представляющих угрозу пожарной безопасности. Выполнены работы по совершенствованию баз знаний для описания динамики чрезвычайной природных и техногенных чрезвычайных ситуаций, методов информационной поддержки адаптивного управления в ЧС. На основе анализа большого объема данных по бытовым и техногенным пожарам предложена структура прецедентов для описания ЧС, позволяющая более детально описать процесс зарождения, эскалации ситуации, ее локализации и полной ликвидации. Выполнено проектирование консолидированного хранилища данных системы мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций. Разработана структура хранения данных с учетом возможности оперативной аналитической обработки и ГИС-визуализации мониторинговых данных, оценки опасности событий и контроля обстановки на территории Красноярского края. Впервые объединены первичные и архивные данные мониторинга, справочники, аналитические модели и банк пространственных данных. Разработаны средства пополнения хранилища данных за счет автоматического приема данных с датчиков контроля обстановки и через систему распределенного сбора. Созданы OLAP-модели метеорологической, гидрологической, радиационной обстановки, обстановки на объектах ЖКХ. Созданы средства визуализации результатов OLAP-анализа с применением ГИС. Используемые технологии и разработанные специализированные программные средства обеспечивают расширение хранилища данных, создание новых аналитических моделей, отчетов и форм представления первичных и обработанных данных при расширении сфер мониторинга. На основе методов OLAP-моделирования выполнен анализ чрезвычайных ситуаций, происшествий, промышленных, бытовых и ландшафтных пожаров за 10 лет на территориях Сибирского федерального округа. С помощью системы OLAP-GIS построены аналитические модели последствий ЧС для различных территорий, отраслей, типов ЧС. В сочетании с данными других ведомств результаты исследований служат основанием для планирования и проведения мероприятий по снижению территориального риска ЧС, управления инвестиционными проектами. Основные публикации:
(Отдел прикладной информатики)
Тема 14.8. Алгоритмическое и программное обеспечение для моделирования деформации микроразрушенных и пористых сред на многопроцессорных вычислительных системах Руководитель: д.ф.-м.н., проф. В. М. Садовский Подготовлен и передан для регистрации в Роспатенте комплекс программ 2Dyn_Granular, который предназначен для численного решения динамических задач в плоской постановке на основе универсальной математической модели, описывающей малые деформации упругих, пластических и сыпучих сред. Допускается задание блочной расчетной области, составленной из разнородных материалов с произвольным числом слоев и блоков. В случае упругого материала модель сводится к гиперболической по Фридрихсу системе уравнений, записанной в терминах скоростей и напряжений в симметрической форме. В случае упругопластического материала модель представляет собой специальную формулировку теории течения Прандтля-Рейсса в виде вариационного неравенства с односторонними ограничениями на напряжения. Обобщение модели для описания деформации сыпучей среды получено на основе реологического подхода, учитывающего различное сопротивление материала растяжению и сжатию. Начальные данные краевой задачи формулируются в терминах смещений, скоростей и напряжений. На межблочных границах ставятся условия непрерывности векторов скорости и напряжения. На внешних границах области решения могут быть заданы основные типы граничных условий в скоростях, в напряжениях или смешанные граничные условия, обеспечивающие математическую корректность задачи. Для иллюстрации работоспособности программного комплекса на рис. IV.1 приведены результаты численного решения задачи Лэмба о действии сосредоточенной импульсной нагрузки на границе упругого блока для двух моментов времени, выполненные на сетке из 1000x1000 узлов на 15-ти процессорах кластера МВС-100k Межведомственного суперкомпьютерного центра РАН. На рисунках с помощью линий уровня нормального напряжения выделены фронты продольной, поперечной, конической и поверхностной волн, движущихся от точки приложения нагрузки в середине верхней границы вовнутрь блока. На боковых сторонах блока поставлены неотражающие граничные условия в упрощенном варианте, которые дают, судя по рисунку, незначительное отражение при падении волны под углом. Сравнение с точным решением показало совпадение результатов в пределах погрешности используемой разностной схемы. ![]() Рис. IV.1. Результаты расчета двумерной задачи Лэмба (линии уровня нормального напряжения) Подготовлен и передан для регистрации в Роспатенте комплекс программ 3Dyn_Granular, предназначенный для численного решения прямых динамических задач в пространственной постановке на основе универсальной математической модели, описывающей малые деформации упругих, пластических и сыпучих сред. По аналогии с двумерным вариантом при подготовке расчета допускается задание пространственной блочной области, составленной из разнородных материалов с произвольным числом слоев, полос в слое и блоков в полосе с согласованными между собой криволинейными границами раздела. В случае изначально несогласованных границ необходимо применить процедуру фиктивного разбиения на блоки, задав в блоках, полученных в результате такого разбиения, одинаковые параметры материала. Используется трехмерный вариант представленной выше модели. Постановка начальных данных и граничных условий осуществляется подобно двумерному варианту задачи. На рис. IV.2 приведены результаты численного решения задачи Лэмба для упругого блока в различные моменты времени, выполненные на сетке из 400x400x400 узлов на 64-х процессорах кластера МВС-100k МСЦ РАН. Поверхности уровня нормального напряжения изображают фронты продольной, поперечной, конической и поверхностной пространственных волн. ![]() Рис. IV.2. Результаты расчета трехмерной задачи Лэмба (линии уровня нормального напряжения) Подготовлен и передан для регистрации в Роспатенте комплекс программ 2Dyn_Cosserat, который предназначен для численного решения динамических краевых задач в плоской постановке на основе математической модели, учитывающей в рамках теории малых деформаций вращательные степени свободы частиц микроструктуры материала. Допускается задание блочной расчетной области, составленной из разнородных материалов с произвольным числом слоев и блоков с согласованными криволинейными границами раздела. Модель формулируется в виде гиперболической по Фридрихсу системы уравнений, записанной в терминах векторов скоростей поступательного и вращательного движения, а также тензоров напряжений и моментных напряжений. Начальные данные краевой задачи формулируются в терминах смещений, угла поворота, скоростей поступательного и вращательного движения, напряжений и моментных напряжений. На межблочных границах ставятся условия непрерывности векторов скорости, угловой скорости и векторов напряжений и моментных напряжений. На внешних границах могут быть заданы основные типы граничных условий в скоростях поступательного и вращательного движения, в напряжениях и моментных напряжениях, смешанные граничные условия или условия симметрии. В качестве иллюстрации работоспособности программного комплекса на рис. IV.3 приведены результаты численного решения задачи Лэмба о действии сосредоточенной импульсной нагрузки на границе упругого блока для двух моментов времени, выполненные на сетке из 1000 x 1000 узлов на 10-ти процессорах кластера МВС-100k Межведомственного суперкомпьютерного центра РАН. ![]() Рис. IV.3. Результаты численного решения двумерной задачи Лэмба для моментной среды (линии уровня нормального напряжения) Подготовлен и передан для регистрации в Роспатенте комплекс программ 3Dyn_Cosserat, предназначенный для численного решения динамических краевых задач в пространственной постановке на основе математической модели, учитывающей в рамках теории малых деформаций вращательные степени свободы частиц микроструктуры материала. Допускается задание блочной расчетной области, составленной из разнородных материалов с произвольным числом слоев, полос в слое и блоков в полосе с согласованными между собой криволинейными границами раздела. На рис. IV.4 приведены численные результаты для трехмерной задачи Лэмба, выполненные на сетке 400 x 400 x 400 узлов на 64-х процессорах кластера МВС-100k МСЦ РАН. Поверхности уровня нормального напряжения изображают фронты продольной, поперечной, конической и поверхностной пространственных волн. ![]() Рис. IV.4. Результаты численного решения трехмерной задачи Лэмба для моментной упругой среды (линии уровня нормального напряжения) Существенной отличие рис. IV.3 и IV.4 от рис. IV.1 и IV.2 состоит в том, что в моментной среде за фронтом поперечной волны появляется дополнительная система высокочастотных волн, обусловленных вращательным движением частиц. Основные публикации:
(Отдел вычислительной механики деформируемых сред)
|
Webmaster |