КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 20-71-10087

НазваниеПроактивный подход к мониторингу событий в сложных распределенных системах интеллектуального города с использованием технологий больших данных и предиктивной аналитики

РуководительФиногеев Антон Алексеевич, Кандидат технических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Пензенский государственный университет", Пензенская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 07.2020 - 06.2023  , продлен на 07.2023 - 06.2025. Карточка проекта продления (ссылка)

Конкурс№50 - Конкурс 2020 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах, 01-512 - Информационные технологии интеллектуальной поддержки принятия решений

Ключевые словаинтеллектуальный город, большие сенсорные данные, проактивный мониторинг, консолидация данных, интеллектуальный анализ, предиктивная аналитика, временные ряды, прогностическое моделирование, распределенная обработка данных, поддержка принятия решений

Код ГРНТИ28.19.00


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Целью проектных исследований является создание и развитие подхода к проактивному мониторингу событий в урбанистической среде умного города на основе сбора, консолидации и анализа больших сенсорных данных, предиктивного моделирования и оценки ситуаций с целью прогноза возможных негативных трендов развития событий и поддержки принятия решений для снижения рисков происшествий и нештатных ситуаций, повышения безопасности жизнедеятельности человека. Задачи исследования связаны с разработкой методов, способов и технологий сбора, консолидации и обработки больших данных для прогностического моделирования рисков появления и развития негативных событий посредством анализа временных рядов динамики изменений характеристик событий с целью определения и оценки возможных факторов влияния на риски. Объектами исследований являются распределенные системы инженерных сетей коммунальных служб и дорожно-транспортная инфраструктура города. Сбор сенсорных информации выполняется с помощью датчиков, измерительной аппаратуры, камер видеонаблюдения и фоторадарных комплексов фото и видеофиксации, устанавливаемых на контролируемых объектах коммунальных инженерных сетей и участках дорожно-транспортной инфраструктуры, а также с помощью программных приложений и из открытых источников в сети Интернет (через социальные сети, мессенджеры, Web ресурсы). В настоящее время отсутствуют комплексные решения и методы проактивного мониторинга процессами в сложных территориально-распределенных системах интеллектуального города на основе сбора, консолидации и обработки больших данных для прогнозирования временных рядов событий в урбанистической среде и поддержки принятия решений по минимизации рисков аварийных и нештатных ситуаций. Результаты проектных исследований необходимы для решения задач прогностического моделирования динамики появления и развития критических событий, аварий и нештатных ситуаций на распределенных участках инженерных сетей коммунальных служб и в дорожной инфраструктуре для создания безопасной среды жизнедеятельности человека в интеллектуальном городе (Smart City), что подтверждает актуальность тематики проектных исследований. Основным направлением проектных исследований является синтез и развитие технологий проактивного мониторинга для управления рисками возникновения критических событий в территориально-распределенных системах следующие конкретные результаты: 1. Концепция методология проактивного мониторинга событий в территориально-распределенных системах урбанистической среды на основе сбора, консолидации и предиктивного анализа больших данных о нештатных ситуациях и авариях с целью выявления возможных причин и факторов влияния для прогностического моделирования и оценки рисков возникновения и развития негативных событий, которая включает: - методику сбора и обработки больших сенсорных данных (фотографий, видеороликов, телеметрической информации и т.п.) с распределенных датчиков, (датчиков загазованности, загрязнений воздуха, охранной и пожарной сигнализации, протечек воды и т.п.), измерительных устройств (счетчиков электроэнергии, газа, тепла и воды) в коммуальных инженерных сетях, с фоторадарных комплексов фото и видеофиксации, погодных станций, камер видеонаблюдения на участках дорожной инсраструктуры города. - методику сбора и обработки больших данных (текстовых сообщений, фотографий и видеокадров) о происходящих событиях с открытых источников в сети Интернет и мобильных систем. 2. Метод консолидации больших разнородных данных о критических событиях, авариях и нештатных ситуациях с разными временными и геопространственнымb метками, включая исключение дубликатов, подтверждение достоверности, очистку информационного шума, формализацию в виде векторных и графовых моделей, классификацию и кластеризацию в пространстве признаков и факторов влияния, сбор статистик, ретроспективный анализ для установления корреляций с аналогичными происшествиями в прошлом (паттернами событий). 3. Модель и метод обеспечения информационной безопасности для защиты больших сенсорных данных в распределенном информационном хранилище на сенсорных и мобильных узлах сбора данных и в каналах связи телекоммуникационной среды в процессе сбора, передачи и хранения на основе технологий распределенного реестра (блокчейн). 4. Методику представления информации о событиях в виде временных рядов характеристик событий и временных рядов динамики возможных факторов для оценки рисков возникновения и развития негативных событий, определения корреляций с рядами факторов и закономерностей их влияния. 5. Метод сравнительного анализа (бенчмаркинга) временных рядов характеристик событий с временными рядами факторов влияния для определения возможных корреляций между ними, отбора и оценки чувствительности и степени влияния факторов на возникновение аварий и нештатных ситуаций. 6. Предиктивная модель для прогностической оценки рисков возникновения и развития аналогичных критических событий, аварий и нештатных ситуаций на участках инженерных коммунальных сетей и дорожно-транспортной инфраструктуры города. 7. Способ визуализации результатов проактивного мониторинга с геопрострнаственной и временной привязкой на мобильных средствах связи для помощи пользователям и лицам, принимающим решения (ЛПР) для обеспечения безопасности в урбанистической среде Smart City. Цель и задачи проекта соответствуют направлению Н1 из Стратегии научно-технологического развития РФ в плане разработки методов и инструментальных средств для систем обработки больших объемов данных о событиях в городской среде с использованием технологий интеллектуального анализа и машинного обучения для предиктивного моделирования рисков возникновения и развития негативных ситуаций. Научная новизна исследований заключается в синтезе нового научного подхода к проактивному мониторингу событий на объектах сложных территориально-распределенных систем урбанистической среды с использованием технологий интеллектуального анализа больших данных, прогноза негативных событий на основе сравнительного анализа временных рядов событий и факторов влияния на них, прогностической оценки рисков инцидентов. Разрабатываемый научный подход, модели и методы соответствуют мировому уровню исследований в области знаний, связанной с развитием интеллектуальных систем мониторинга и управления, технологий больших данных, распределенной обработки данных, интеллектуального анализа, машинного обучения и прогнозирования. Ожидаемые результаты могут применяться в качестве инструментальных средств для внедрения и развития технологий Smart City, Smart Manufacturing и цифровой экономики в рамках четвертой промышленной революции (Industry 4.0). Разработка методов и моделей проактивного мониторинга с использованием технологий интеллектуального анализа больших данных, предиктивного анализа временных рядов и машинного обучения определяет научную и практическую значимость проектных исследований. Общественная и социальная значимость проекта определяется тем, что результаты проекта предназначены для обеспечения безопасности жизнедеятельности человека в урбанистической среде.

Ожидаемые результаты
Основным результатом проектных исследований является создание и развитие подхода к проактивному мониторингу событий в урбанистической среде умного города на основе сбора, консолидации и анализа больших сенсорных данных, предиктивного моделирования и оценки ситуаций с целью прогноза возможных негативных трендов развития событий и поддержки принятия решений для снижения рисков происшествий и нештатных ситуаций, повышения безопасности жизнедеятельности человека. В рамках концепции предполагается разработать новые методы и способы сбора, консолидации и обработки больших сенсорных данных для прогностического моделирования рисков появления и развития негативных событий посредством сравнительного и предиктивного анализа временных рядов динамики изменений характеристик событий и динамики изменения возможных факторов влияния на риски критических событий, аварий и нештатных ситуаций. Для достижения цели исследований предполагается получить следующие ожидаемые научные результаты: 1. Положения концепции проактивного мониторинга событий в территориально-распределенных системах урбанистической среды на основе сбора, консолидации и предиктивного анализа больших данных о нештатных ситуациях и авариях с целью выявления возможных причин и факторов влияния для прогностического моделирования и оценки рисков возникновения и развития негативных событий. Примерами возможных факторов влияния на негативные события являются погодные условия (температура, давление, влажность, скорость ветра, гололед, дождь, туман и т.п.), временные факторы, освещенность, видимость, состояние дороги и обочины, плотность трафика транспортных средств, плотность пешеходного потока, скоростной режим, условия дорожного движения (наличие разметки, количество полос, наличие препятствий, пробки, средства регулировки, дорожные знаки и т.п.) и т.д. 2. Методика сбора и обработки больших сенсорных данных (фотографий, видеороликов, телеметрической информации и т.п.) с распределенных датчиков, (датчиков загазованности, загрязнений воздуха, охранной и пожарной сигнализации, протечек воды и т.п.), измерительных устройств (счетчиков электроэнергии, газа, тепла и воды) в коммунальных инженерных сетях, с фоторадарных комплексов фото и видеофиксации, погодных станций, камер видеонаблюдения на участках дорожной инфраструктуры города. 3. Методика сбора и обработки больших данных (текстовых сообщений, фотографий и видеокадров) о происходящих событиях с открытых источников в сети Интернет, где она выкладывается участниками и свидетелями событий с мобильных средств связи (социальные сети, мессенджеры, Web ресурсы и т.п.). 4. Метод консолидации больших разнородных данных о критических событиях, авариях и нештатных ситуациях с разными временными и геопространственнымb метками, включая исключение дубликатов, подтверждение достоверности, очистку информационного шума, формализацию в виде векторных и графовых моделей, классификацию и кластеризацию в пространстве признаков и факторов влияния, сбор статистик, ретроспективный анализ для установления корреляций с аналогичными происшествиями в прошлом (паттернами событий). 5. Модель и метод обеспечения информационной безопасности для защиты больших сенсорных данных в распределенном информационном хранилище на сенсорных и мобильных узлах сбора данных и в каналах связи телекоммуникационной среды в процессе сбора, передачи и хранения на основе технологий распределенного реестра (блокчейн). 6. Методика представления информации о событиях в виде временных рядов характеристик событий и временных рядов динамики возможных факторов для оценки рисков возникновения и развития негативных событий, определения корреляций с рядами факторов и закономерностей их влияния. 7. Метод сравнительного анализа (бенчмаркинга) временных рядов характеристик событий с временными рядами факторов влияния для определения возможных корреляций между ними, отбора и оценки чувствительности и степени влияния факторов на возникновение аварий и нештатных ситуаций. 8. Предиктивная модель для прогностической оценки рисков возникновения и развития аналогичных критических событий, аварий и нештатных ситуаций на участках инженерных коммунальных сетей и дорожно-транспортной инфраструктуры города. 9. Способ визуализации результатов проактивного мониторинга с геопространственной и временной привязкой на мобильных средствах связи для помощи пользователям и лицам, принимающим решения (ЛПР) для обеспечения безопасности в урбанистической среде Smart City. Ожидаемые результаты проекта соответствуют направлению Н1 из Стратегии научно-технологического развития РФ. Разрабатываемый научный подход, модели и методы соответствуют мировому уровню исследований в области знаний, связанной с развитием интеллектуальных систем мониторинга и управления, технологий больших данных, распределенной обработки данных, интеллектуального анализа, машинного обучения и прогнозирования. Результаты проекта представляют собой компоненты для создания и внедрения новых технологий и систем в рамках четвертой промышленной революции, перехода к цифровой экономике, цифровой трансформации процессов управления и поддержки принятия решений. Результаты могут быть использованы для синтеза систем мониторинга событи и управления процессами на любых распределенных объектах урбанистической среды. Научная и практическая значимость результатов состоит в разработке методов и инструментальных средств для распределенной обработки больших данных о событиях на распределенных объектах инженерных сетей коммунальных служб и в дорожно-транспортной инфраструктуре интеллектуального города с использованием технологий искусственного интеллекта. Суть проактивного мониторинга состоит в регистрации и идентификации событий, интеллектуальном анализе больших данных и времнных рядов событий, прогностическом моделировании и оценке рисков возникновения и развития нештатных и аварийных ситуаций, что доказывает научную и практическую значимость проектных исследований. Универсальность разрабатываемых моделей, методов и технологий позволит применять инструментальные средства для создания различных территориально распределенных систем мониторинга и управления киберфизическими объектами и процессами, как например, SCADA систем, систем автоматизированного управления технологическими процессами, систем генерации, транспортировки и потребления энергии, систем видеонаблюдения и распознавания, систем мониторинга дорожно-транспортной инфраструктуры и т.д. Общественная и социальная значимость проекта определяется тем, что результаты проекта предназначены для внедрения и развития новых интеллектуальных систем проактивного мониторинга для снижения рисков аварий и катастроф и обеспечения безопасности жизнедеятельности человека в урбанистических средах.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
В ходе проектных исследований получены следующие результаты: 1. Разработаны и исследованы основные положения концепции проактивного мониторинга событий в территориально-распределенных системах урбанистической среды на основе сбора, консолидации и предиктивного анализа больших данных о нештатных ситуациях и авариях с целью выявления возможных причин и факторов влияния для прогностического моделирования и оценки рисков возникновения и развития негативных событий. В процессе работы над концепцией разработаны методы и инструментальные средства сбора и консолидации больших данных о критических событиях на распределенных объектах инженерных сетей коммунального хозяйства и в дорожно-транспортной инфраструктуре города. Основная цель - выявление причин и сочетаний факторов влияния на возникновение и развитие аналогичных ситуаций на множестве объектов для моделирования и прогностической оценки рисков негативных событий. В проекте выполнен анализ концепции проактивного мониторинга в сравнении с традиционными подходами к мониторингу сложных систем и исследованы ее положения на предмет внедрения в будущую систему управления безопасностью интеллектуального города. Суть концепции сводится к использованию инструментов предиктивной аналитики для анализа состояния объектов и процессов, прогностического моделирования динамики изменения контролируемых их характеристик, показателей окружающей среды для и прогнозирования рисков возникновения и развития критических событий и раннего предупреждения об их наступлении. В рамках работы над концепцией выполнен анализ методов предиктивной аналитики и выбор наиболее подходящих для конкретных объектов мониторинга объектов критической городской инфраструктуры. Результатом мониторинга является реализация типовых или разработка новых превентивных мер проактивного управления процессами на распределенных объектах с целью предупреждения нештатных и аварийных ситуаций на других аналогичных объектах, а также восстановления работоспособности и функционала систем жизнеобеспечения и жизнедеятельности городского населения. В процессе исследований определены основные этапы проактивного мониторинга, проанализирован состав и функционал компонент будущей системы, определены объекты контроля, к которым относятся сложные протяженные системы инженерных сетей жилищно-коммунального хозяйства и дорожно-транспортные магистрали города. Также разработаны и исследованы положения концепции проактивного мониторинга для применения в экономических и образовательных системах. В экономических системах предложено использовать концепцию для исследования, интеллектуального анализа и прогностического моделирования инамки процессов инновационного развития экономических агентов в городах и регионах РФ, а также для обеспечения устойчивости развития региона путем определения существенных факторов влияния на устойчивость. В образовательных системах положения концепции проактивного мониторинга предложено использовать при создании интеллектуальной образовательной среды для контроля процесса подготовки специалистов с прогностической оценкой рисков получения некачественного и морально устаревшего образования. Методика и средства поиска и анализа сообщений применяются для анализа требований работодателей с целью актуализации образовательных программ и персонализации процесса обучения. 2. Разработана методология проактивного мониторинга событий в территориально-распределенных системах урбанистической среды на основе сбора, консолидации и предиктивного анализа больших данных о нештатных ситуациях и авариях с целью выявления возможных причин и факторов влияния для прогностического моделирования и оценки рисков возникновения и развития негативных событий. В рамках методологии в проекте предложена классификация критических событий. Для событий разных типов разработан набор характеризующих показателей. Выполнено исследование факторов влияния на события. Исходя из классификации критических событий предложена классификация факторов. Выполнен анализ и выбраны инфраструктурные объекты проактивного мониторинга в городской среде. Для каждого типа объектов выделены и исследованы критические события, причины возникновения и факторы влияния. Определены основные этапы методологии и перечень задач, решаемых на каждом из этапов. Основные шаги методологии: 1) Регистрации событий на контролируемом объекте посредством фиксации аномальных значений показателей объекта мониторинга, фото- и видеофиксации событий, уведомлений о нештатной ситуации или аварии с временными и геопространственными метками. 2) Сбор и предварительная обработка сенсорной информации о регистрируемом событии, которая включает показатели объекта мониторинга и значения факторов влияния, предшествующие моменту наступления события. 3) Поиск сообщений о регистрируемом событии в открытых источниках сети интернет по временной и геопространственной метке, по степени схожести словарей ключевых слов для описания данного класса событий и ранжирование по степени важности в зависимости от числа упоминаний в социальных сетях. 4) Представление данных киберсоциального типа в формализованном виде как вектора слов для описания, идентификации, классификации и кластеризации событий. 5) Сбор информации о параметрах возможных факторов влияния на события (температуры, давления, влажности, скорости ветра, гололеда, времени суток, освещенности, состояния объекта и т.п.) в заданный ретроспективный интервал времени до его возникновения. 6) Идентификация и классификация критических событий и факторов влияния. 7) Оценка чувствительности и отбор наиболее существенных факторов влияния. 8) Кластеризация критических событий и факторов влияния. 9) Представление динамики изменения параметров объектов и значений факторов влияния в виде спектров временных рядов. 10) Статистический анализ временных рядов (поиск отклонений и аномалий, подсчет временных интервалов, сопоставление отклонений со значениями факторов, уточнение оценки чувствительности, выявление шумов, тренда, сезонных колебаний и периодичности). 11) Бенчмаркинг анализа спектров временных рядов показателей и факторов, фиксация паттернов, связанных с событием. Формирование библиотеки паттернов. 12) Кластеризация паттернов событий и фиксация эталонных паттернов критических событий. 13) Пространственный анализ критических событий и выявление критических зон для визуализации на картографической основе. 14) Предиктивный анализ изменений параметров контролируемых объектов и факторов влияния до и после момента критического события с помощью прогностического моделирования соответствующих временных рядов. 15) Поиск информации об аналогичных событиях в другие временные интервалы на схожих объектах мониторинга по их паттернам путем сравнительного анализа паттернов для выработки превентивных мер и оповещения населения. 3. Разработаны принципы мультиагентного подхода для реализации процессов сбора, консолидации и анализа больших данных. Для достижения данного результата разработаны и реализованы универсальные принципы мультиагентного подхода, которые апробированы для решения задач в разных сферах человеческой деятельности и на разных этапах проактивного управления. Суть мультиагентного подхода к мониторингу событий заключается в том, что в вычислительные модули интеллектуальных датчиков и измерительных устройств, контролирующих показатели различных технологических процессов (энергетических потоков, транспортных потоков, пешеходных потоков и т.п.), загружаются программные агенты извлечения сенсорных киберфизических данных. Для сбора и обработки киберсоциальных данных в открытых источниках сети Интернет также используются поисковые программные агенты. Агенты решают задачи предварительной обработки (парсинга) данных обоих типов реализуя модели туманных и мобильных вычислений, их очистки, структуризации, консолидации, комплексирования, защиты, хранения и передачи для дальнейшей обработки в серверный кластер центра обработки данных в рамках модели облачных вычислений и хранения. Агенты в виде мобильных сервисов приложений также используются для постобработки, генерации отчетов, оповещений и уведомлений, визуализации на устройствах пользователей. Универсальные принципы и программно-инструментальные средства (агенты) были разработаны и апробированы при решении задач сбора и анализа больших данных в разных областях: а) для сбора и обработки сенсорных данных с датчиков и измерительной аппаратуры, установленной на котельных и тепловых магистралях системы городского теплоснабжения, б) для сбора и обработки сенсорных данных с фоторадарных комплексов фото и видеофиксации дорожно-транспортных происшествий на магистралях города и региона, в) для сбора и обработки данных о критических событиях в дорожной среде из открытых источников сети Интернет, г) для сбора и обработки данных об инновационном потенциале предприятий в регионах РФ и оценки устойчивости их экономического развития, д) для сбора и анализа требований работодателей в процессе актуализации образовательных программ и образовательного контента 4. Разработана и апробирована методика сбора и обработки больших сенсорных данных (фотографий, видеороликов, телеметрической информации и т.п.) с распределенных датчиков, (загазованности, загрязнений воздуха, охранной и пожарной сигнализации, протечек и т.п.), измерительных устройств (счетчиков электроэнергии, газа, тепла и воды) в инженерных сетях жилищно-коммунального хозяйства, с фоторадарных комплексов фото и видеофиксации, погодных станций, камер видеонаблюдения на участках дорожной инфраструктуры города. На первом этапе разработаны технологии и способы сбора и предварительной обработки сенсорных данных. Предварительная обработка данных связана с удалением шума, дубликатов данных, обработкой недостающих значений, удалением нерелевантных атрибутов, консолидацией данных из разных источников, приведением разнородных данных к однородной структуре и единому формату для загрузки в хранилище и последующего анализа. На следующем этапе проводится идентификация и классификация критических событий и факторов влияния на них. Далее выполнена кластеризация событий по предложенному комбинированного методу. Для снижения размерности фазового пространства состояния объекта из множества параметров событий выбираются те, который попадают в области недопустимых значений в моменты критического события и устанавливаются корреляционные взаимосвязи между ними и факторами влияния. Для оценки чувствительности параметров объектов к факторам применяется модифицированный метод многофакторного дисперсионного анализа. Результатом является кластер наиболее существенных факторов, связанный с конкретным классом объектом и критических событий. Для кластера фиксируется набор интервальных значений факторов, сочетание которых приводит к рискам критических событий. Следующим шагом является прогностическое моделирование динамики изменения факторов в сформированных кластерах. Целью является прогнозирование вероятных моментов времени возникновения критического события на схожих объектах и оценка рисков появления сочетания значений факторов, которое приводит к его возникновению. Реализуется представление динамики изменения параметров объектов и значений факторов влияния в виде спектров временных рядов. Следующим шагом является статистический анализ временных рядов, где определяются отклонения значений исследуемых переменных из области допустимых значений, моменты и интервалы времени отклонений, наличие тренда, наличие сезонных кратковременных и циклических колебаний, наличие шумов. Спектры временных рядов показателей и факторов, которые предшествуют моменту наступления событий фиксируются как паттерны, связанные с событием. Паттерны сравниваются с другими, которые хранятся в создаваемой библиотеке методом попарного сравнения (бенчмаркинг анализ). Выполняется кластеризация паттернов событий по степени схожести и определяются центры, которые фиксируются как эталонные. Решается задача пространственного анализа, в ходе которого выявляются схожие компоненты объектов мониторинга по рискам, числу и типу происшествий. Завершающим этапом методики является метод предиктивного анализа изменений параметров объектов и факторов влияния до и после момента критического события с помощью прогностического моделирования временных рядов. Для прогнозирования временных рядов факторов и параметров используется трехпараметрическая модель по методу экспоненциального сглаживания Хольта-Винтерса, если в исходных рядах есть случайные отклонения, тренд, периодичность и сезонность. Для реализации этапов методики в рамках мультиагентного подхода создаются программные агенты для решения отдельных задач на распределенных узлах сбора и хранения сенсорных данных и в диспетчерском центре обработки данных. Методика апробирована при создании интеллектуальной диспетчерской SCADA системы для мониторинга объектов инженерной сети теплоснабжения города посредством разработанных программных агентов, которые интегрируются в узлы сенсорной ZigBee сети, связанные с контрольно-измерительной аппаратурой, датчиками газа и пожарной сигнализации на котельных блочно-модульного типа. Также методика апробирована в создаваемой системе мониторинга критических событий в дорожно-транспортной инфраструктуре. Программные агенты интегрированы в фоторадарные комплексы фото и видеофиксации и/или связанные с ними сенсорные узлы сбора и передачи данных. 5. Разработана методика сбора и обработки больших данных (текстовых сообщений, фотографий и видеокадров) о происходящих событиях с открытых источников в сети Интернет и мобильных систем. Методика решает задачи: а) идентификации и классификация события, б) определение набора источников данных с информацией о критическом событии, в) получение максимального возможного числа наборов данных из доступных источников (описания событий от участников и очевидцев с фотографиями и видеороликами, информация с интегративных ресурсов), г) геопространственная и временная привязка данных о событии, д) проверка и исключение дублирующей информации, е) очистка от шумов, избыточного описания, ж) оценка актуальности, достоверности и точности информации о событии, з) нормализация и унификациях данных о событии, структурирование данных.. Разработаны основные этапы методики и программные агенты для их реализации (поисковые краулеры и виртуальные боты, подписанные на соответствующие группы социальных сетей. В общем виде методика включает следующие щаги: 1) выбор сообщений для анализа, 2) лексический разбор текста с разделением на слова, удалением знаков препинания и «стоп-слов», 3) классификация сообщений о событиях по типу, местоположению и объектам мониторинга, 4) синтез и актуализация словаря ключевых слов, 5) преобразование сообщения в вектор слов, 5) извлечение изображений и передача приложениям анализа, исключения дубликатов, фильтрации и загрузки в хранилище, 6) кластеризации событий, в) визуализация событий на карте. Для представления текстовых данных в виде векторов разработан и реализован оптимизированный алгоритм с вычислением семплированной логистической функцией кросс-энтропийных потерь. Визуальный контент также анализируется на предмет сравнения фото и видеоматериалов от различных источников и проверки оригинальности с помощью перцептивного хэш-алгоритма. В ходе проектных исследований первого этапа подготовлено и опубликовано 16 статей в ведущих рецензируемых журналах и рецензируемых сборниках международных конференций, в том числе в 7 изданиях, индексируемых в WOS и Scopus. Сделано 8 докладов на международных конференциях в России и за рубежом.

 

Публикации

1. А. Финогеев, Д. Парыгин, Н. Матюшин, Н. Садовникова, Т. Петрова, Е. Фадеева Neural Network Processing of Natural Russian Language for Building Intelligent Dialogue Systems Communications in Computer and Information Science : Proceedings of the 7th International Conference on Electronic Governance and Open Society: Challenges in Eurasia (EGOSE 2020), - (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1007/978-3-030-67238-6_17

2. Александр Анохин, Сергей Буров, Данила Парыгин, Вячеслав Рент, Наталья Садовникова, Алексей Финогеев Development of Scenarios for Modeling the Behavior of People in an Urban Environment Society 5.0: Cyberspace for Advanced Human-Centered Society, vol. 333, pp.103-114 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1007/978-3-030-63563-3_9

3. Гамидуллаева Лейла Айваровна, Васин Сергей Михайлович, Финогеев Алексей Германович Application of hyper-convergent platform for big data in exploring regional innovation systems Data Mining, Modelling and Management, 2020 Vol.12 No.4 Pp: 365-385 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1504/IJDMMM.2020.111395

4. Гамидуллаева, Л. А. Разработка методики комплексной оценки и прогнозирования инновационного развития региона с использованием самоорганизующейся нейросети Инновации, № 7(261). – С. 57-64 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.26310/2071-3010.2020.261.7.009

5. Деев М. В., Финогеев А. Г., Финогеев А. А. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-ИНСТРУМЕНТАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА СБОРА И АНАЛИЗА ТРЕБОВАНИЙ РАБОТОДАТЕЛЕЙ «Инновационные, информационные и коммуникационные технологии» Сборник трудов XVII Международной научно-практической конференции, 2020, Сборник трудов XVII Международной научно-практической конференции, 2020 (год публикации - 2020)

6. Деев М. В., Финогеев А. Г., Финогеев А. А. Актуализация образовательного контента для адаптации к требованиям инновационной и цифровой экономики на основе технологий больших данных и интеллектуального анализа Информатизация образования и методика электронного обучения: цифровые технологии в образовании : материалы IV Междунар. науч. конф. Красноярск,, в 2 ч. Ч. 1, С. 88-93 (год публикации - 2020)

7. Деев М.В., Финогеев А.Г., Финогеев А.А., Гамидуллаева Л.А Методика оценки сходимости образовательного контента для конвергентной модели обучения Современные наукоемкие технологии, № 11-2. – С. 360-364 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.17513/snt.38388

8. Деев М.В., Финогеев А.Г., Финогеев А.А., Гамидуллаева Л.А. Модели и методики актуализации образовательных программ и контента в рамках построения интеллектуальных образовательных систем Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии, № 4(52). – С. 9-20; (год публикации - 2020) https://doi.org/10.21672/2074-1707.2020.52.4.009-020

9. Зеленский И.С., Парыгин Д.С., Савина О.В., Финогеев А.А., Шуклин А.А., Антюфеев А.Ю. Интеллектуальная поддержка решений по использованию объектов недвижимости для управления урбанизированными территориями International journal of open information technologies, т.8. - № 11. – с. 13-29 (год публикации - 2020)

10. И. Н. Колесников, А. Г. Финогеев Проактивный мониторинг событий на основе предиктивного анализа временных рядов МОДЕЛИ, СИСТЕМЫ, СЕТИ В ЭКОНОМИКЕ, ТЕХНИКЕ, ПРИРОДЕ И ОБЩЕСТВЕ, Номер: 1 (33) Страницы: 111-125 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.21685/2227-8486-2020-1-9

11. Лейла Гамидуллаева, Алексей Финогеев, Кирилл Лычагин, Сергей Васин Study of regional innovation ecosystem based on the big data intellectual analysis International Journal of Business Innovation and Research, Vol. 23, No. 3, pp.313–337. (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1504/IJBIR.2020.110971

12. М. В. Деев, Л. А. Гамидуллаева, А. Г. Финогеев, А. А. Финогеев Конвергентный подход к актуализации образовательных программ и контента для развития экосистемы образования в условиях перехода к цифровой экономике Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе, № 3 (35). – C. 84–101. (год публикации - 2020) https://doi.org/10.21685/2227-8486-2020-3-8

13. Татьяна Толстых, Лейла Гамидуллаева, Надежда Шмелёва Elaboration of a Mechanism for Sustainable Enterprise Development in Innovation Ecosystems Journal of Open Innovation: Technology, Market, and Complexity, J. Open Innov. Technol. Mark. Complex. 2020, 6, 95 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.3390/joitmc6040095

14. Финoгеев А.А.,Деев М.В.,Колесников И.Н.,Финогеев А.Г. МОНИТОРИНГ ИНЦИДЕНТОВ В ДОРОЖНО-ТРАНСПОРТНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЕ НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ «Инновационные, информационные и коммуникационные технологии», Сборник трудов XVII Международной научно-практической конференции, 2020, Сборник трудов XVII Международной научно-практической конференции, 2020 (год публикации - 2020)

15. Финогеев Антон Алексеевич, Деев Михаил Викторович, Гамидуллаева Лейла Айваровна, Васин Сергей Михайлович, Финогеев Алексей Германович Sustainable Educational Ecosystems: Bridging the Gap between Educational Programs and inDemand Market Skills First Conference on Sustainable Development: Industrial Future of Territories (IFT 2020), E3S Web of Conferences 208, 09025 (2020) (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1051/e3sconf/202020809025

16. Финогеев Антон Алексеевич, Финогеев Алексей Германович, Колесников Илья Николаевич, Деев Михаил Викторович Proactive Big Data Analysis for Traffic Accident Prediction Conference on Innovative Technologies in Intelligent Systems and Industrial Applications (CITISIA), IEEE Charles Sturt University Student Branch, 25th to 27th November 2020 Sydney, NSW, Australia (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1109/CITISIA50690.2020.9371796

17. - Интервью. Вести ФМ Пенза. Разработан проект по созданию интеллектуальной системы для предотвращения аварийных ситуаций. ГТРК Пенза, - (год публикации - )

18. - Интервью. Проект по разработке интеллектуальной системы при поддержке Российского научного фонда Минобрнауки России (Верифицированное сообщество вКонтакте), - (год публикации - )

19. - Команда ученых ПГУ помогает строить «умный город» Новостной портал Пензенского государственного университета, - (год публикации - )

20. - РНФ поддержал проект ученого ПГУ по разработке системы интеллектуального города Новостной портал Пензенского государственного университета, - (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
В ходе второго этапа проектных исследований получены следующие научные результаты: 1. Разработан метод консолидации больших разнородных данных о критических событиях, авариях и нештатных ситуациях с разными временными и геопространственными метками, включая исключение дубликатов, подтверждение достоверности, очистку информационного шума, формализацию в виде векторных моделей, классификацию и кластеризацию в пространстве признаков, сбор статистик, ретроспективный анализ для установления корреляций с аналогичными происшествиями в прошлом (паттернами событий). Разработан метод обнаружения, распознавания и классификации объектов мониторинга с повышенной точностью идентификации объектов на зашумленных и некачественных изображениях в условиях осадков и плохой видимости. Разработана методика обработка дополнительной информации о событии из источников Интернет. Для демонстрации работы методик и алгоритмов подготовлены наборы сенсорных данных и метеорологических факторов влияния. Данные получены с камер автоматической фото и видеофиксации, расположенных на 15 участках дорог различного значения. Консолидированные сенсорные данные выгружены и собраны из нескольких десятков документов со статистикой проездов. В качестве первого примера для обработки и консолидации выгружено более 10 000 000 записей с 16 фоторадарных комплексов фото и видео фиксации. Разработано программное приложение визуализации и пространственного анализа данных об инцидентах и нарушениях на цифровой картографической основе. Приложение позволяет отображать подробную информацию о нарушениях и ДТП на интерактивной карте города, а также предоставляет набор операций для анализа. Пространственный анализ показателей позволяет выявлять корреляционную зависимость ДТП с учетом степени тяжести с нарушениями ПДД с учетом временных факторов и факторов сезонности. Анализ инфографики позволяет ранжировать типы ДТП по частоте и выполнить кластеризацию с привязкой к местности. Результатом является алгоритм анализа транспортной загруженности улично-дорожной сети. Данные для анализа загруженности дорог извлекаются из открытых источников Интернет. 2. Разработаны модель и метод обеспечения информационной безопасности для защиты больших сенсорных данных в распределенном информационном хранилище на сенсорных и мобильных узлах сбора данных и в каналах связи телекоммуникационной среды в процессе сбора, передачи и хранения на основе технологий распределенного реестра (блокчейн). Идея состоит в использовании технологии распределенного реестра для защиты транзакций обработки данных, организации децентрализованного хранения, SDN сетей для управления потоками сенсорных данных и защиты от несанкционированного трафика. Основными результатами здесь являются. 1) Способ двойного хэширования записей для обеспечения целостности данных. Связи записей реестра обеспечиваются двумя хэшами, которые вычисляются для основного блока и для блока метаданных. При этом каждая из частей записи используется для вычисления хэша другой части. 2) Модель SDN архитектуры системы мониторинга, которая включает четыре слоя: а) граничный слой оконечных сенсорных узлов, шлюзов-маршрутизаторов и плоскость данных SDN коммутаторов, б) зональный слой контроллеров и серверов, включая плоскость управления SDN контроллеров, г) облачный слой серверов центра обработки данных, д) мобильный слой пользовательских устройств и приложений. 3) Способ обеспечения безопасности, который включает ряд поэтапных алгоритмов и процедур: а) Процедура фильтрации недопустимого трафика согласно допустимым номерам портов посредством смарт-контракт. б) Алгоритм синтеза и проверки подлинности цифровых подписей узлов, который реализован в виде смарт контракта для выявления неавторизованных, поддельных или скомпрометированных узлов. в) Алгоритм валидации пакетов от сетевых узлов, который реализован в виде смарт-контракта для обнаружения поддельных источников и фильтрации недопустимого трафика. г) Методика и программные модули анализа нетипичных пакетов. Пакеты выделяются парсером, модуль анализа извлекает характеристики пакета, модуль кластеризации используются для группирования пакетов с оценкой сходства с вредоносными пакетами. Факты атаки и характеристики пакетов сохраняются в журналах безопасности. д) Алгоритм кластеризации с обучением на базе нечеткой логики и нейронной сети. Алгоритм позволяет определить вероятностную принадлежность пакета к кластерам пакетов разных типов. ж) Процедура обучения нечеткой нейронной сети для обнаружения нетипичных пакетов. Сеть представляет пятислойную структуру без обратных связей с весовыми коэффициентами и функциями активации. Для обучения сети применяется процедура обратного распространения. Результатом обучения и тестирования является синтез правил обработки пакетов и включение адресов их источников в правила таблицы потоков, что позволяет реализовать механизм безопасности в SDN контроллере. Процедуры проверки подлинности узлов и распознавания нетипичных пакетов обеспечивают доказательство подлинности транкзакций в блокчейн. 3. Разработана методика представления информации о событиях в виде временных рядов характеристик событий и временных рядов динамики возможных факторов для оценки рисков возникновения и развития негативных событий, определения корреляций с рядами факторов и закономерностей их влияния. Методика включает ряд этапов, реализующих алгоритмы и процедуры кластеризации, анализа ассоциаций, дисперсионного анализа, синтеза временных рядов, сравнительного анализа (бенчмаркинга) временных рядов, подбора и оценки модели прогнозирования временных рядов: 1. Процедура отбора данных, описывающих события, объекты мониторинга и факторы за заданный период времени до и после события (показатели событий, параметры объектов, характеристики факторов). 2. Процедура сегментации данных о событиях на основе алгоритма кластеризации для группирования в однородные сегменты по типам инцидентов и нарушений в пространственных зонах с учетом частот их появления. 3. Методика анализа правил ассоциаций для типов инцидентов в выделенных кластерах для выявления причин и выбора вероятных факторов влияния. 4. Алгоритм сравнительной оценки степени влияния факторов на результативный показатель в виде числа инцидентов всех типов за заданный период времени в разных кластерах на основе многофакторного дисперсионного анализа. В качестве факторов выбраны 6 характеристик погодных условий, таких как температура, давление, влажность, скорость ветра, видимость, количество выпавших осадков. В основе метода лежит оценка отклонений результативного показателя, которые вызваны воздействием исследуемого фактора в сравнении с отклонениями, которые вызваны воздействием случайных факторов. В результате выбираются факторы, влияние которых на результат более существенно, чем влияние случайных факторов. 5. Методика представления наборов данных в виде временного ряда, которая реализована в виде скриптов языка Python с встроенным интерфейсом rpy2 с программной средой R и включает шаги: а) подготовка данных к представлению в виде временного ряда в виде текстовой структуры числовых данных с разделителем и загрузка в среду для визуализации временного ряда. б) идентификация модели и проверка стационарности временного ряда с помощью теста Дикки-Фулера. в) выбор модели ARIMA с подбором параметров и сравнения по критерию Акаике. г) оценка оптимальности модели по критерию Фишера. 6. Метод сравнительного анализа рядов параметров объекта и факторов влияния для уточнения корреляционных связей посредством выделения схожих повторяющихся паттернов в рядах параметров событий, показателей объектов мониторинга, факторов. 7. Алгоритм расчета статистических показателей временных рядов (темпов роста/снижения инцидентов, роста/снижения нарушений, индекса сезонности, вероятности сезонности и цикличности на динамику событий, вероятности влияния случайных факторов и т.д.

 

Публикации

1. А. А. Бурова, С. С. Буров, Д. С. Парыгин, А. Г. Финогеев, Т. В. Смирнова Панель администрирования платформы многоагентного моделирования с возможностью построения графических отчетов International Journal of Open Information Technologies, 2021. – Т. 9. – № 12. – С. 4–14. (год публикации - 2021)

2. А.А. Грушевский, И.М. Лисин, А.Г. Финогеев Анализ причин и факторов возникновения дтп на объектах дорожно-транспортной инфраструктуры Научные исследования и разработки: новое и актуальное. Материалы X Международной научно-практической конференции, 2021. – С. 814–818. (год публикации - 2021)

3. А.А. Грушевский, И.М. Лисин, А.Г. Финогеев КЛАССИФИКАЦИЯ И РАНЖИРОВАНИЕ ПРИЧИН И ФАКТОРОВ ВЛИЯНИЯ НА ВОЗНИКНОВЕНИЕ КРИТИЧЕСКИХ СОБЫТИЙ НА РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ОБЪЕКТАХ ГОРОДСКОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ Научные исследования и разработки: новое и актуальное. Материалы X Международной научно-практической конференции, 2021. – С. 507-512 (год публикации - 2021)

4. А.А. Грушевский, И.М. Лисин, А.Г. Финогеев Геопространственный анализ дорожно-транспортных происшествий ЦИФРОВИЗАЦИЯ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ: СТРАТЕГИИ, ИННОВАЦИИ Материалы XXXVII Всероссийской научно-практической конференции. Ростов-на-Дону, 2022, Год издания: 2022 Страницы: 154-159 (год публикации - 2022)

5. Бурова А., Буров С., Парыгин Д., Гуртяков А., Ряженский Н. Distributed Administration of Multi-Agent Model Properties CEUR Workshop Proceeding, International Conference "Internet and Modern Society", Proceedings of the International Conference "Internet and Modern Society" (IMS-2021) , Part 1, pp. 24-33 (год публикации - 2021)

6. Деев М., Финогеев А., Гамидуллаева Л., Шевченко С., Финогеев А., Tools for Convergence, Actualization and Personalizing Educational Programs and Content Creativity in Intelligent Technologies and Data Science. CIT&DS 2021. Communications in Computer and Information Science, vol 1448. Springer, Cham (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1007/978-3-030-87034-8_35

7. Деев М.В., Гамидуллаева Л.А., Финогеев А. Г., Финогеев А.А., Васин С.М. The Convergence Model of Education for Sustainability in the Transition to Digital Economy Sustainability 13, no. 20: 11441. (год публикации - 2021) https://doi.org/10.3390/su132011441

8. Деев М.В., Финогеев А.А., Гамидуллаева Л.А., Финогеев А.Г. Adaptive Management of Intelligent Environment Within an Educational Ecosystem Silhavy R. (eds) Informatics and Cybernetics in Intelligent Systems. CSOC 2021, vol 228: 476-485 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1007/978-3-030-77448-6_46

9. Деев М.В., Финогеев А.Г., Финoгеев А.А. Разработка структуры интеллектуальной образовательной среды «Инновационные, информационные и коммуникационные технологии» Сборник трудов XVIII международной научно-практической конференции ИНФО-2021, ИНФО-2021, (1-10 октября 2021, Россия, г. Сочи). – с. 39-42. (год публикации - 2021)

10. Мкртчан В., Гамидуллаева Л., Финогеев А., Шевченко С., Чернышенко С., Чернышенко В., Амиров Д., Потапова И. Big Data and Internet of Things (IoT) Technologies' Influence on Higher Education: Current State and Future Prospects International Journal of Web-Based Learning and Teaching Technologies (IJWLTT), Vol. 16, Issue 5: 137-157 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.4018/IJWLTT.20210901.oa8

11. Парыгин Д., Маликов В., Садовникова Н., Алешкевич А., Савина О. Development of a Methodology for Complex Monitoring of the Development of Urban and Suburban Areas Based on the Intellectual Analysis of Earth Remote Sensing Data and Geospatial Technologies Creativity in Intelligent Technologies and Data Science. CIT&DS 2021. Communications in Computer and Information Science, CIT&DS 2021, CCIS 1448, pp. 405–417, 2021 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1007/978-3-030-87034-8_29

12. Финогеев А., Кривошипенко С., Ядав В., Егоров К., Парыгин Д. Research methodology for quantitative and qualitative parameters of parking space use Procedia Computer Science : Proceedings of the 10th International Young Scientists Conference on Computational Science (YSC 2021), 28 June – 2 July 2021. – Elsevier, 2021. – Vol. 193. – P. 62–71. (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1016/j.procs.2021.10.007

13. Финогеев А., Мкртчан В., Васин С., Гамидуллаева Л. The Impact of Blockchain Technology on the Smart City Industry DEFIN-2021: IV International Scientific and Practical Conference, Article No.: 85 Pages 1–5 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1145/3487757.3490940

14. Финогеев А., Плешакова Е., Гатауллин С., Корчагин С., Иванов М., Вибхаш Я. Deep Learning Method for Recognition and Classification of Images from Video Recorders in Difficult Weather Conditions Sustainability 2022, Sustainability 2022, 14(4), 2420; (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/su14042420

15. Финогеев А.А, Финогеев А.Г., Парыгин Д.С., Шевченко С., Атер Д. Collection and Consolidation of Big Data for Proactive Monitoring of Critical Events at Infrastructure Facilities in an Urban Environment Creativity in Intelligent Technologies and Data Science. CIT&DS 2021. Communications in Computer and Information Science, vol 1448. Springer, Cham (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1007/978-3-030-87034-8_25

16. Шуклин А.А., Парыгин Д.С., Финогеев А.Г., Ложеницина А.В., Архипова А.С. Мобильное приложение для игрового взаимодействия с объектами городской инфраструктуры Моделирование, оптимизация и информационные технологии., 2021. Т. 9. № 2 (33). С. 5-6. (год публикации - 2021) https://doi.org/10.26102/2310-6018/2021.33.2.008

17. Парыгин, Д. С. Управляемое данными развитие урбанизированных территорий ВолгГТУ. - Волгоград : ВолгГТУ, 2021., ВолгГТУ. - Волгоград : ВолгГТУ, 2021. - 124 с. (год публикации - 2021)


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В ходе третьего этапа проекта выполнены следующие работы и получены научные результаты. 1 Результат. Разработан метод сравнительного анализа (бенчмаркинга) временных рядов характеристик критических событий с временными рядами возможных факторов влияния для определения корреляций между ними. Результатом сравнительного анализа является выделение схожих фрагментов рядов (паттернов) показателей инцидентов и нарушений с паттернами показателей факторов. Разработан комбинированный метод восстановления пропусков и исключения выбросов для фильтрации таблиц данных, синтезированным по выгружаемым с фоторадарных комплексов данным, включающий: а) процедуру переноса последнего отсчета LOCF, б) процедуру изменения аномалий по алгоритму k – ближайших соседей. Разработан аналитический подход для установления корреляционных связей между временными рядами показателей фактора влияния (метеоданных) с рядами результативных показателей (число аварий и нарушения скоростного режима) на основе алгоритмов многофакторного дисперсионного анализа, статистического анализа, кластеризации и сравнительного анализа рядов. Разработана методика отбора существенных показателей факторов влияния на основании оценки степени влияния (чувствительности) показателей факторов на два результативных показателя на основе метода многофакторного дисперсионного анализа. В качестве показателей метеоданных на первом этапе выбираются 28 характеристик погодных условий, извлекаемые из архивного файла. В результате работы методики выбрано 8 показателей для показателя аварийности (освещенность, видимость, оценка дорожных условий, влажность, высота снежного покрова, оценка обледенения, уровень осадков, облачность) и 6 показателей для нарушений скоростного режима (видимость, оценка дорожных условий, уровень осадков, оценка обледенения, освещенность, сила ветра). Разработан метод сравнения временных рядов в заданные интервалы времени, реализованный с использованием процедур статистического анализа для расчета признаков ряда и метода кластеризации для сравнения по схожести. Для кластеризации получено 48 описательных характеристик для каждого ряда. На первом этапе применен модифицированный алгоритм кластеризации k-means с оценкой степени близости по метрике DTW. Полученное число центроидов, их временные ряды и наборы 48 признаков являются входными данными для пятислойной нечеткой нейронной сети, которая после обучения применяется для расчета функций принадлежности исходных рядов к центроидам и их более оптимального перераспределения. 2 Результат. Разработан набор предиктивных моделей для прогностической оценки рисков возникновения и развития критических событий (аварий и нештатных ситуаций) на участках дорожно-транспортной инфраструктуры города. Модели предиктивного анализа получены для временных рядов показателей аварийности, нарушений скоростного режима и существенных показателей метеоданных, отобранных в ходе сравнительного анализа. Разработана методика прогностического моделирования временных рядов для синтеза и оценки предиктивных моделей. Разработана модель прогнозирования Фостера-Стьюарта с тройным экспоненциальным сглаживанием (модель Хольта-Винтерса) и выполнен прогноз на выгруженных данных Разработана модель SARIMA с 2 группами параметров (p,d,q)(ps,ds,qs) для рядов с сезонными компонентами. Для синтеза моделей и сравнения результатов прогноза по точности использованы пакет forecast и пакет prophet в системе R. Разработан комбинированный подход для оценки точности прогноза каждой моделью, включающий: а) оценку моделей по набору критериев AIC, BIC, RMSE, MAP, MASE, б) метод сравнительного анализа прогнозных и тестовых паттернов на основе кластеризации с DTW метрикой. Разработан метод предиктивного анализа рядов, который включает этапы: 1) Подготовка единой таблицы данных с датами, временными рядами показателей критических событий и факторов влияния. 2) Выбор временного ряда для синтеза модели. Разделение ряда на обучающую и тестовые выборки. 3) Декомпозиция временного ряда, проверка автокорреляции, проверка стационарности (теста Дикки-Фулера). 4) Определение параметров (p, d, q) (ps, ds, qs) для временного ряда методом полного перебора на основе анализа автокорреляционной/частной автокорреляционной функции и минимизации критерия Акаике. 5) Синтез набора моделей SARIMA для каждого ряда и получение графиков прогнозных значений на обучающих выборках. Если получен один набор и синтезирована одна модель, то переход к пункту 9. 6) Расчет критериев оценки моделей (AIC, BIC, RMSE, MAP, MASE) для моделей. Формирование списка моделей. 7) Сравнительный анализ комбинированным методом кластеризации графиков прогнозных значений с тестовыми выборками за аналогичные временные интервалы. Тестовые части ряда считаются центроидами. Отбор рядов с наименьшими DTW метриками близости к центроидам и формирование списка моделей. 8) Выбор оптимальных моделей с аналогичными параметрами из двух списков. 9) Синтез прогнозного паттерна для одной модели или усредненного прогнозного паттерна на базе расчета средних арифметических значений прогнозных паттернов, построенных набором моделей. 10) Синтез моделей деревьев решений C5.0 и CHAID для прогнозирования и сравнение их с моделями SARIMO. 11) Переход к пункту 2 для выбора следующего ряда. 3 результат. Разработан способ визуализации результатов проактивного мониторинга с геопространственной и временной привязкой на стационарных узлах и мобильных средствах связи для помощи пользователям и лицам, принимающим решения в процессе обеспечения безопасности в среде «умного города». Способ реализован в нескольких приложениях для визуализации и анализа результатов мониторинга на цифровой карте с поддержкой набора процедур предиктивной аналитики. Первое приложение предназначено для визуализации и анализа данных на Яндекс картах. Приложение отображает информацию о нарушениях и инцидентах в выбранной зоне в заданные интервалы времени. Представлены результаты работы приложения на примере карты города Пензы и Пензенского района. Анализ инфографики инцидентов позволяет выделять и ранжировать типы событий, выполнять их кластеризацию по типам, зонам, маршрутам, за заданный интервал времени и т.п. Для кластера или для всей карты синтезируются гистограммы распределения событий за интервал времени. Приложение позволяет визуализировать и анализировать временные ряды на основе тепловых карт. В приложении реализован алгоритм прогнозирования и визуализации вероятностного риска аварий на маршруте или в зоне на базе анализа статистик по аварийности, метеорологических данных и прогноза погоды. Разработан алгоритм анализа загруженности транспортной сети в зоне. Разработан метод анализа критических событий для сегментации данных об них алгоритмом кластеризации K-means. Разработан модуль анализа правил ассоциации для определения причин типов событий на базе алгоритма поиска правил ассоциации в больших данных. Разработано приложение для сбора, анализа и визуализации метеоданных на карте в заданный временной интервал. Приложение также используется для сбора, анализа и визуализации данных экологического мониторинга городской среды. Разработан перечень агентов мониторинга для предиктивной аналитики и управления движением транспорта в «умном» городе. В процессе проектных исследований за отчетный период подготовлено и опубликовано 9 статей в рецензируемых российских и зарубежных изданиях, в том числе 4 статьи, индексируемых в Scopus и/или Web of Science ((4) статьи в журналах 1 и 2 квартиля), 4 статьи в журналах из списка ВАК, 1 статья в других изданий.

 

Публикации

1. А. О. Анохин, Д. С. Парыгин, Н. П. Садовникова, А. А. Финогеев, А. С. Гуртяков Моделирование поведения интеллектуальных агентов на основе методов машинного обучения в моделях конкуренции Программные продукты и системы, Программные продукты и системы. – 2023. – Т. 36. – № 1. – С. 46–59. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.15827/0236-235X.141.046-059

2. Д. Парыгин, А. Гуртяков, А. Финогеев, А. Игнатьев, Т. Ерешенко Management of Information from Surveillance Cameras at the Infrastructure Facility Intelligent Systems Reference Library : New Trends and Applications in Internet of Things (IoT) and Big Data Analytics, Springer, Cham, 2022. – Vol. 221. – P. 173–186 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1007/978-3-030-99329-0_12

3. Зеленский И. ,Парыгин Д., Савина О., Финогеев А., Гуртяков А. Effective Implementation of Integrated Area Development Based on Consumer Attractiveness Assessment Sustainability, 2022. – Vol. 14(23). – Art. no. 16239 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/su142316239

4. Парыгин Д., Садовникова Н., Гамидуллаева Л., Финогеев А., Ражевский Н. Tools and Technologies for Sustainable Territorial Development in the Context of a Quadruple Innovation Helix Sustainability – 2022, Vol. 14(15). – Art. no. 9086 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.3390/su14159086

5. Савина О. В., Парыгин Д. С., Финогеев А. А., Чикин А. Д., Щербаков А. Г. Поддержка принятия решений по повышению энергоэффективности объектов городской инфраструктуры Социология города, Социология города. 2022. № 4. С. 58—69. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.35211/19943520_2022_4_58

6. Садовникова Н. П., Пригарин Е. А., Финогеев А. Г. , Якименко Д. И. Визуализация данных экологического мониторинга городской среды Социология города, 2022 - № 1-2. – С.68–80 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.35211/19943520_2022_1-2_68

7. Сухомлинов Н. М. , Финогеев А. Г., Смирнова Т. В., Иващенко В. Д., Парыгин Д. С. Применение микроконтроллерных систем в исследованиях (на примере машины Атвуда) Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. – Астрахань, 2022. – № 3 (59). – С. 112–121 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.54398/20741707_2022_3_112

8. Финогеев А.Г., Парыгин Д.С., Финогеев А.А. Деев М.В. Intelligent SDN Architecture With Fuzzy Neural Network and Blockchain for Monitoring Critical Events Applied Artificial Intelligence, 36, APPLIED ARTIFICIAL INTELLIGENCE 2022, VOL. 36, NO. 1, e2145634 (3747 pages) (год публикации - 2022) https://doi.org/10.1080/08839514.2022.2145634

9. Шуклин А. А.,. Парыгин Д. С,. Финогеев А. А, Зеленский И. С., Анохин А. О. Генерация синтетических новостей для продуцирования социального отклика на городские события Социология города, 2022. – № 1-2. – С.81–92 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.35211/19943520_2022_1-2_81

10. - ПГУ участвует в проекте «Ученые — в школы» Новостной портал ПГУ, Рассказ о проектах, поддержанных фондом в рамках федеральной программы "Ученые в школы". Встреча со школьниками МОУ СОШ №60 г. Пенза (год публикации - )

11. - Интервью. Конгресс молодых ученых ГТРК Вести ФМ Пенза, Интервью об участии в конгрессе и проекте поддержанном фондом (год публикации - )


Возможность практического использования результатов
Результаты проекта были использованы при отработке кейса во время мероприятия-спутника конгресса молодых ученых по тематике - "Повышение эффективности уборки снега в Петропавловске-Камчатском". В частности результаты проекта можно использовать при разработке автоматизированных систем мониторинга с использованием предиктивной модели для прогностической оценки рисков возникновения и развития критических событий на участках дорожно-транспортной инфраструктуры города.