№58
Июнь 2017
ISSN
1990-4126

English

«Архитектон: известия вузов» № 38 - Приложение Июль 2012

Архитектура


 Визгин Дмитрий Алексеевич

студент  ИУ УралГАХА.
Научный руководитель: преподаватель А.В. Шадрина,
ФГБОУ ВПО "Уральская государственная архитектурно-художественная академия",
Институт урбанистики,
г. Екатеринбург, Россия

МУЛЬТИАГЕНТНЫЕ СИСТЕМЫ В ОБЕСПЕЧЕНИИ ГРАДОСТРОИТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ


УДК: 711.4.01

В статье рассмотрена проблема информационного обеспечения градостроительной деятельности и пути ее решения с использованием новейших подходов к разработке информационных систем.

Ключевые слова: информационная система, мультиагентный подход, градостроительство


В связи с появлением новых законодательных инициатив в области архитектурно-градостроительной деятельности современным проектировщикам приходится решать задачи, ранее им не знакомые. Одной из таких задач является внедрение автоматизированных информационных систем в проектную практику архитектуры и градостроительства. Это требование законодательно закреплено Федеральными законами «Об информационном обеспечении градостроительной деятельности» [1] и «Об утверждении документов по ведению информационной системы обеспечения градостроительной деятельности» [2]. Им должна соответствовать любая градостроительная деятельность, осуществляемая на территории Российской Федерации. Однако на практике может возникнуть множество проблем: от недостатка аналитических средств до труднодоступности актуальной информации, необходимой на всех этапах осуществления градостроительной деятельности. Использование современных ГИС и АИСОГД. ГИС – геоинформационная система АИСОГД – автоматизированная система обеспечения градостроительной деятельности, позволяет решить часть этих проблем, предоставляя проектировщику ряд инструментов анализа территорий по различным параметрам, что особенно важно на стадиях предпроектных исследований, комплексной оценки и выполнения опорного плана [3]. Но при эксплуатации данных систем могут возникать иные проблемы. Основная из них – это низкий уровень совместимости используемых информационных систем (ИС) друг с другом и, как следствие, отсутствие координированного обмена информацией не только между различными государственными и негосударственными организациями, но и в некоторых случаях между подразделениями одной организации. Это ведет к плачевным последствиям и отсутствию ответственности со стороны конкретных лиц за принятые решения, что неизбежно дает благоприятную почву для различных злоупотреблений и коррупции.

Освещение всех проблем градостроительства требует значительно более объемного исследования, нежели статья. Отметим основные проблемы, прямо касающиеся информационного обеспечения градостроительной деятельности:

1. Нехватка качественных и быстрых аналитических инструментов. Данная проблема заключается в том, что разработка того или иного градостроительного решения требует огромного количества аналитической работы. Это трудоемкая работа, которая требует огромного количества времени и трудозатрат, что прямо сказывается на производительности проектной организации.

2. Существующая нормативная база достаточно быстро может потерять актуальность в непрерывно изменяющихся рыночных условиях, а разработка новых нормативных решений, опять же, требует хорошей аналитической базы. Эти инструменты, как правило, присутствуют в современных ГИС, но их либо недостаточно, либо они имеют слишком широкую область применения и, как следствие, сложны в использовании.

3. Децентрализованное неупорядоченное хранение актуальной базовой информации, ее труднодоступность. Данная проблема является следствием, с одной стороны, затрудненного доступа к тем или иным данным по причине некачественного хранения, с другой – отсутствием качественных автоматизированных средств хранения. Отметим и тот факт, что многие инициативы в области автоматизации процессов в государственной сфере зачастую встречают жесткий отпор со стороны работников, что приводит к наращиванию бюрократического аппарата и никак не способствует доступности данных для проектных организаций. Зачастую в проектных организациях требуется не только хранить актуальную информацию, но и отслеживать процесс ее изменения и при необходимости выполнять возврат к предыдущим версиям. На текущий момент такими возможностями не обладает ни одна представленная на рынке ИС, специализирующаяся напрямую или косвенно на градостроительной или архитектурной деятельности.

4. Сложность осуществления обмена информацией между государственными и проектными организациями. Данная проблема связана, как уже упоминалось ранее, с низкой поддержкой интеграции в существующих ИС. Зачастую в текущих условиях она решается либо совсем прямыми средствами, такими как дополнительные затраты времени на преобразование информации в нужный вид после ее получения посредством физических носителей, либо разработкой дополнительных надстроек над существующими ИС с целью упростить информационный обмен так или иначе. Это ведет к неизбежному увеличению расходов.

5. Сложность внедрения существующих решений и их высокая стоимость. Существующие ИС либо очень дороги, либо предоставляют неудобный в большинстве случаев интерфейс, требующий долгой настройки и изучения, а также сложную в эксплуатации систему функций, определяемую широким спектром задач, выполняемых ИС. Это неизбежно ведет к их непопулярности среди градостроителей и, как следствие, сложности их внедрения в проектных организациях.

6. Непрозрачность градостроительной и архитектурной деятельности для населения. Данная проблема заключается в невозможности предоставления открытых градостроительных данных населению, что является причиной возникновения конфликтов между представителями различных городских сообществ [4]. Это, в свою очередь, снижает эффективность градостроительной деятельности в ее взаимодействии с прямым потребителем – жителем конкретного муниципального образования. К тому же, данная проблема имеет еще один важный аспект, связанный с недоступностью актуальной кадастровой информации, с трудностями ее получения, а также с недостаточной объективностью данной информации.

Все вышеперечисленные проблемы в той или иной мере возникают из-за отсутствия специализированного инструмента в руках градостроителя, с помощью которого он мог бы решать свои задачи. Требуется единый автоматизированный инструмент, позволяющий получить объективную информацию, проанализировать ее и сформировать на ее основе решение, которое бы явилось своевременным ответом на существующую градостроительную ситуацию, а также предоставить максимально точный прогноз на будущее и произвести моделирование данного прогноза в информационной системе с целью проверки его вероятности.

В соответствии с возникающими проблемами должны появляться и новые инструменты для их решения, требования к которым состоят в следующем:

а) качественное централизованное хранение, актуализация и получение информации, необходимой для градостроительной и архитектурной деятельности;
б) анализ полученных данных, принятых решений и прогнозов в соответствии с имеющимися данными;
в) максимальная доступность инструмента, его надежность и отказоустойчивость;
г) безопасность и сохранность данных;
д) высокий потенциал интегрируемости инструмента и его взаимодействия с другими ИС для обеспечения информационного обмена;
е) сравнительная простота внедрения и невысокая стоимость эксплуатации;
ж) высокий уровень гибкости и расширяемости инструмента;
з) применение методов искусственного интеллекта для решения сложных задач и высокая адаптивность системы.

Можно говорить о появлении нового класса ИС, соответствующего данным требованиям. Такие ИС будут решать специализированные задачи в сфере градостроительной и архитектурной деятельности. Требуемые качества подобных систем: отказоустойчивость, адаптивность и доступность. Кроме того, аппаратное обеспечение системы должно быть высокопроизводительным, как того требуют существующие подходы к созданию необходимых аналитических инструментов. В общем случае, архитектура данной системы должна соответствовать модели «толстого клиента». Данная модель предполагает, что все подсистемы, ответственные за взаимодействие с пользователем, должны располагаться в клиентской части и выполнять большую часть функций, предполагаемых системой, тогда как все основные критичные к требованиям безопасности и отказоустойчивости подсистемы – на сервере.

Взаимодействие этих двух частей должно быть организовано по шифруемым протоколам передачи данных, таким как HTTPs, для обеспечения безопасности и сохранности данных. При использовании вышеупомянутой модели, доступ к системе может обеспечиваться как через сеть Интернет, так и с использованием внутренних сетевых ресурсов. Так же в подобных системах предполагается активно внедрять мультиагентный подход. Данный подход заключается в том, что информационная система или ее часть строится на основе подпрограмм или агентов[5], которые могут взаимодействовать друг с другом. Агенты в мультиагентной среде действуют не на основе жестко запрограммированных моделей поведения, а планируют свое поведение на знаниях и информации о состоянии среды, полученных от других агентов. Они могут быть как интеллектуальными, то есть основанными на методах искусственного интеллекта, так и простыми рефлексивными [5], в зависимости от решаемых ими задач. Рефлексивный агент – агент, действующий на основе жесткой запрограммированной модели реакции на изменения внешней среды.

Основными преимуществами использования мультиагентных систем является их чрезвычайная гибкость и адаптивность к изменяющимся условиям среды, в которой они действуют. В рассматриваемой архитектуре предлагается использовать мультиагентный подход в подсистемах, ответственных за взаимодействие с пользователем, так как здесь, прежде всего, необходима высокая гибкость поведения. Для этого в составе клиентской части системы предусмотрена разработка базовой мультиагентной платформы, которая представляет собой конкурентные группы интеллектуальных самообучающихся агентов, которые способны выполнять элементарные задачи и координировать действия в соответствии с общей целью системы. Они способны составлять планы на основе формализованных задач и имеющихся элементарных действий, соответствующих группе их принадлежности, и сохранять эти планы для дальнейшего использования. При этом внутри группы построена конкурентная среда, которая способствует улучшению качества взаимодействия и выполнения задачи, основанная на индивидуальных оценках работы каждого агента и распределения задач в соответствии с этими оценками. Оценки агентов строятся по нескольким критериям: быстродействие, успех выполнения и общая оценка реакции пользователя на выполнение поставленной задачи. Между тем, конкурентная среда в рамках одной группы агентов постоянно обновляется, агенты, не выдерживающие конкуренции, удаляются, на их место приходят новые агенты, базовые возможности которых являются синтезом наиболее успешных стратегий агентов данной группы, таким образом, может быть обеспечено постепенное эволюционное развитие всей системы взаимодействия с пользователем. Кроме того, агенты могут взаимодействовать между собой и не только на уровне одного клиентского приложения, но, к тому же, могут обращаться к агентам, находящимся на уровнях других приложений с целью обмена знаниями.

Взаимодействия между агентами делятся на два типа. Первый тип взаимодействий – это взаимодействия для обмена знаниями. Они основаны на том, что агенты могут обмениваться друг с другом знаниями, полученными в ходе обучения и планирования для улучшения работы друг друга. Так как среда, в которой работают агенты, является конкурентной, успешные взаимодействия данного типа должны как-то «поощряться» агентами. Поощрение может строиться как на взаимном обмене знаниями, так и на оценке одним агентом знаний другого, за счет своей суммы оценок (своеобразная форма расчета за взаимодействия между агентами). Таким образом, строится самоорганизующаяся мультиагентная среда, находящаяся на границе между хаосом и порядком, что позволяет ей легко адаптироваться к изменяющимся условиям среды[6], которой в данном случае является взаимодействие с пользователем. Второй тип взаимодействий – это иерархические взаимодействия в рамках выполнения поставленной цели, которые способствуют обмену данными о цели и служат основой для выполнения планов.

Построенные на этой основе подсистемы приложения могут выполнять задачи, требующие высокой адаптивности. Описанный подход не является единственным и может иметь варианты, в которых могут использоваться иные типы агентов и другие типы сред (например, кооперативные вместо конкурентных). Помимо рассмотренной системы взаимодействия, для успешного функционирования мультиагентной системы, требуется обеспечить доступ к знаниям предметной области, в которой предстоит работать каждой группе агентов и общим знаниям, необходимым для организации взаимодействия между агентами и группами агентов. Для этого необходимо создание системы онтологий [6] в рамках серверной части системы, которая обеспечит хранение агентами знаний и доступ к ним. (Онтология – формализация некоторой области знанияс помощью концептуальной схемы. Обычно такая схема состоит из структуры данных, содержащей все релевантные классы объектов, их связи и правила (теоремы, ограничения), принятые в этой области. Предлагается следующее общее представление архитектуры ИС:

1. Серверная часть (рис. 1). Представляет собой группу подсистем, связанных между собой требованиями к высокой производительности и надежности.

2. Клиентская часть системы (рис. 2). Данная укрупненная часть представляет собой подсистемы, объединенные на основании того, что они выполняют функцию взаимодействия с пользователем. Основное требования к данной подсистеме – интеллектуальная адаптивность. Это требование не просто соответствует возможности настройки интерфейса пользователем, прежде всего, это построение взаимодействия с ним, которое, в полуавтоматическом режиме на основании полученных знаний о пользователе и методах его работы адаптировалось бы к его действиям и оценивало эффективность работы. Основной задачей данной части является обеспечение корректного и эффективного доступа к возможностям системы.

Представленный класс информационных систем может помочь в решении множества задач, вот некоторые из них:

1. Аналитические задачи градостроительной и архитектурной деятельности. В данный класс задач входят такие задачи как оценка транспортной доступности объекта строительства, прогнозирование влияния конкретного градостроительного решения на транспортную систему города, анализ пешеходного движения в городе и другие.

2. Аналитические задачи ГО (Гражданская оборона) и ЧС (Чрезвычайные ситуации). К данному классу задач можно отнести моделирование, прогноз и анализ влияния природных и техногенных катастроф.

3. Задачи, связанные с централизованным хранением данных. Здесь можно упомянуть обеспечение доступа к данным и соответствия нормативам, предоставление доступа к открытой градостроительной информации и увеличение заинтересованности населения в градостроительных инициативах, обеспечение полными исходными данными проектных организаций.

4. Интеграционные задачи: обеспечение информационного обмена между проектными организациями и государственными учреждениями, обеспечение информационного обмена внутри проектной организации.

5. Задачи управления городским хозяйством: анализ степени износа объектов инженерной инфраструктуры, определение необходимости реконструкции зданий и сооружений и другие.

6. Задачи экологического мониторинга: сбор данных по экологической обстановке, анализ данных экологического мониторинга, определение причин возникновения экологических проблем и их прогнозирование и другие. Конечно, многие из перечисленных задач могут решаться и в отсутствии подобных систем.

Однако недостаток централизации и низкая доступность информации снижают скорость решения этих задач и, как следствие, экономическую эффективность принятых решений, а также сильно усложняют работу архитектора и градостроителя. Поэтому применение систем на основе мультиагентного подхода в проектировании, а также в управлении реализацией проектов станет важным шагом на пути к новому пониманию структуры архитектурно-градостроительной деятельности и общего подхода к ее организации.


Библиография

  1. Об информационном обеспечении градостроительной деятельности [Электронный ресурс] : [постановление Правительства Российской Федерации от 09.06.2006 № 363]. URL: http://russia.bestpravo.ru/fed2006/data03/tex14467.htm - Дата обращения: 25.03.2012.
  2. Об утверждении документов по ведению информационной системы обеспечения градостроительной деятельности  : приказ Минрегиона Российской Федерации от 30.08.2007 № 85. [Электронный ресурс]. - URL: http://lawru.info/legal2/se14/pravo14807/index.htm. 
  3. Градостроительный кодекс Российской Федерации : федер.закон : принят Гос. Думой 22 дек. 2004 г. : по состоянию на 23 ноября 2009 г. [Электронный ресурс]. – URL: http://ozpp.ru/zknd/grad.
  4. Городские конфликты: пространство решений / А.В. Самарин, А.В. Шадрина. – УралНИИПроект РААСН // Академический вестник УралНИИПроекта РААСН, 2010.
  5. Искусственный интеллект: современный подход, 2-е изд. Пер. с англ. / С. Рассел, П. Норвиг. – М.: Вильямс, 2006. – 1408с. – ISBN 5-8459-0887-6 (рус.)
  6. Emergent Intelligence in large scale multi-agent systems / G. Rzevski, P. Skobelev // International Journal of Education and Information Technology, Issue 2. – 2007. – C. 64-71.


ISSN 1990-4126  Регистрация СМИ эл. № ФС 77-50147 от 06.06.2012 © УрГАХУ, 2004-2017  © Архитектон, 2004-2017