В конференции приняли участие представители Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН: директор учреждения доктор физико-математических наук, профессор Российской академии наук Михаил Марченко, заместители директора по научной работе Игорь Ельцов (по видеосвязи) и Алексей Пененко, заведующая лабораторией стохастических задач Нина Каргаполова и директор Института динамики систем и теории управления им.Матросова Сибирского отделения Российской академии наук (СО РАН) Игорь Бычков, также подключившийся к конференции по видеосвязи из Иркутска.
Игорь Бычков рассказал, что озеро Байкал постоянно изучается уже на протяжении 150 лет. В свете того, что в современном мире сложно представить себе накопление материала, его обобщение, анализ без применения вычислительных мощностей, технологий искусственного интеллекта и обработки больших данных, предложения о создании комплексных интеграционных программ исследований озера появились уже около 8 лет назад.
Точкой сборки данных, по мнению Игоря Бычкова, однозначно должны стать институты математического информационного вычислительного профиля. На сегодня это уже второй крупный проект, который посвящен Байкалу — в первом участвовали 17 институтов, в сегодняшнем проекте 16 институтов-участников. Привлекаются не только те институты и сотрудники, которые располагаются рядом с Байкалом, но и сотрудники из Новосибирска, Томска, Омска, Москвы, Санкт-Петербурга.
В качестве идеального результата Игорь Бычков видит полноценный цифровой двойник озера и прилегающей территории. Но, сожалеет Игорь Бычков, столь сложный объект требует очень больших вычислительных мощностей, и их получить навряд ли удастся. Поэтому для каких-то аспектов создаются более подробные и более соответствующие действительности модели, а какие-то остаются более обобщенными.
«Одна из основных задач любого моделирования, любой обработки данных — это не только оценить то, что сегодня происходит, но и создать прогноз, и вот здесь без модели никуда не деться. Поэтому я очень рад тому, что сложился такой коллектив: мы работаем по разным направлениям — гидрология, биология, направления, связанные с опасными экзогенными и эндогенными процессами, а также многие другие», — сообщил Игорь Бычков.
Директор Института динамики систем и теории управления им.Матросова
Сибирского отделения Российской академии наук (СО РАН) Игорь Бычков.
Источник фото: кадр из трансляции пресс-конференции ТАСС.
Михаил Марченко пояснил, в чем заключается работа по созданию цифрового двойника самого большого и чистого озера.
«Байкал — это уникальный природный объект, требующий защиты, то есть предсказательных прогностических, математических моделей, обработки данных, чтобы понимать состояние Байкала, и что его ждет, если, допустим, антропогенное воздействие на Байкал будет таким же, как сейчас. Какие шаги нужно предпринять и к чему это приведет —все это покажут математические модели».
Директор Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН
доктор физико-математических наук, профессор Российской академии наук Михаил Марченко.
Источник фото: кадр из трансляции пресс-конференции ТАСС.
По словам Михаила Марченко, данных уже сегодня накоплено много, и они продолжают накапливаться из года в год. Эти данные разнородны: из космоса, аэрофото, данные земли, данные из воды, и все они требуют обработки. В институте занимаются не столько прогнозированием, сколько сценарными расчетами: это разработка математических моделей, методов освоения данных, программные платформы. Именно этот комплекс данных будет называться цифровым двойником Байкала.
Г-н Марченко поделился успехами: удалось понять, как производить обработку данных из недр Байкала. Байкал является сейсмоопасной зоной, и одна из задач — это выявление предвестников сейсмических событий, землетрясений. Одним из результатов работы с этими данными стала программная платформа.
Игорь Ельцов подтвердил, что территория Байкала обладает повышенной сейсмичностью. И рассказал об угрозе загрязнения озера продуктами отходов от работы целлюлозного байкальского комбината — так называемых шламохранилищ, в которых сосредоточено около 6 тонн токсичных отходов.
«Отстойники каскадом спускаются к Байкалу, ближайшие находятся в 400 метрах от берега. Эти территории опоясываются реками Большая и Малая Осиновка. И по этим рекам с периодичностью примерно раз в 20-25 лет спускаются селевые потоки, смесь грязи с камнем, способные набирать невероятную силу. Поскольку за этой береговой линией высится вершина хребта Хамар-Дабан, который опоясывает южную часть Байкала, то есть все предпосылки для того, чтобы накопилось большое количество материала и в периоды паводков, или дождевой активности это может спровоцировать селевый поток, который зацепит эти хранилища, и тогда наступит настоящая катастрофа», — очертил проблему Игорь Ельцов.
Заместитель директора по научной работе Института вычислительной математики
и математической геофизики СО РАН Игорь Ельцов.
Источник фото: кадр из трансляции пресс-конференции ТАСС.
Укрепления, построенные несколько десятков лет назад, стареют, и необходимо понять, насколько устойчивы будут эти сооружения в случае схода селя, как небольшими вмешательствами можно снять потенциальную опасность, а помочь выстроить оптимальный план может «цифровой двойник» этих территорий. Для повышения реалистичности цифровых моделей в проекте принимают участие руководители селевого общества, Московского университета, Сибирского суперкомпьютерного центра СО РАН, расположенного на базе Института вычислительной математики и математической биофизики, а в результате экспедиции был собран материал для того, чтобы наполнить эти модели более адекватным содержанием. В основе комплексного проекта лежит идея управляемого селя и элементы расчетов напряженного деформированного состояния, влияние сейсмичности на устойчивость фильтрационных барьеров и другие аспекты.
Алексей Пененко рассказал о моделировании состава воздуха в местности, где расположено озеро Байкал.
«Прежде всего мы занимаемся методами объединения данных измерений и математических моделей, связанных непосредственно с качеством воздуха. И целью этих работ является восстановление общей картины загрязнения воздуха на Байкальской территории по той разнородной частичной информации, которая нам доступна. Двигаемся в двух основных направлениях: это разработка относительно быстрых моделей, которые можно запускать и использовать для интерпретации данных в условных полевых условиях на мобильных устройствах, то есть не требующих больших вычислительных мощностей. И второе направление — разработка полномасштабных моделей с учетом всевозможных процессов трансформации примесей в атмосфере, учитывающих рельеф, климат и так далее, для которых нужно иметь возможность уточнять параметры, например определять по данным измерения источники, и желательно, чтобы это все происходило в реальном времени — это направление требует привлечения больших вычислительных мощностей и новых технологий», — пояснил Алексей Пененко.
Заместитель директора по научной работе Института вычислительной математики
и математической геофизики СО РАН Алексей Пененко.
Источник фото: кадр из трансляции пресс-конференции ТАСС.
Сейчас идет работа в области машинного обучения и разработка гибридных алгоритмов, в частности формируется модель, описывающая подъем дымовых факелов от труб. Еще одним источником загрязнения воздуха являются лесные пожары.
Данные очень разнообразны: это, например, спутниковые снимки, которые носят распределенный характер и покрывают почти всю территорию Байкальского региона, но при этом имеют относительно невысокую точность. Также используются данные контактных измерений.
Эти данные собираются как на регулярной основе соответствующими организациями, так и в рамках всевозможных измерительных экспериментов. Например, существуют работы, связанные с оценкой качества воздуха на основе анализа снежного покрова. Здесь также используются как методы контактных измерений, то есть непосредственно в определенных точках, так и обработка спутниковых снимков. В результате специалисты планируют получить спектр математических моделей, которые можно применять в различных условиях.
«Цифровой двойник» должен служить для определения тех воздействий, которые нужно и возможно применить в системе с учетом различных экономических факторов, чтобы оптимизировать ее в одном из направлений, например, улучшить качество воздуха.
Нина Каргаполова поделилась видением ситуации вокруг атмосферных процессов озера Байкал и прилегающей территории. Ее команда занимается разработкой стохастических генераторов погоды — описанием тех метеорологических процессов, которые происходят в приземном слое атмосферы, с помощью языка теории вероятностей и создания математических моделей и комплексов вычислительных программ для построения сценариев метеопроцессов.
Например, это может быть сценарий того, как во времени и пространстве с учетом специфических особенностей природной Байкальской территории меняются температура воздуха, относительная влажность и другие метеопараметры.
Цели разработки — применение в различных прикладных областях, но одно из последних направлений - применение этих моделей в энергетике. На основе переданных данных ученые из Института динамики и системы теории управления уже несколько месяцев проводят тестирование цифрового двойника локальных энергетических систем, производящих энергию с помощью возобновляемых источников энергии — солнечных батарей, ветряков и прочего, в зависимости от метеоусловий в той или иной точке Байкальской природной территории.
«Еще одна цель разработки генераторов погоды — это применение их в биоклиматологии для оценки того, как метеопараметры комплексно воздействуют на здоровье и самочувствие людей», — озвучила еще один вариант применения научных изысканий Нина Каргаполова.
Заведующая лабораторией стохастических задач Института вычислительной математики
и математической геофизики СО РАН Нина Каргаполова.
Источник фото: кадр из трансляции пресс-конференции ТАСС.
По окончанию пресс-конференции у журналистов была возможность задать вопросы. Их интересовали сроки запусков озвученных проектов, а также использование ИИ в проекте.
По поводу «Цифрового двойника» в целом Михаил Марченко высказался в контексте того, что альфа-версия в первом приближении уже существует, но для полноценных реалистичных прогнозов потребуется еще очень много работы по уточнению моделей и методов обработки данных, также проекту еще предстоит сертификация.
Игорь Ельцов в своем ответе с сожалением отметил, что у двойника управляемого селя перспективы пока более размытые, поскольку несмотря на то, что составлен комплексный интеграционный проект, пока идет дискуссия между Министерством природы и Министерством науки и высшего образования о том, кто какую часть проекта сможет финансировать.
Алексей Пененко на вопрос об использовании ИИ ответил, что используются преимущественно гибридные подходы, использующие знания, оформленные в виде математических моделей, основанных на физических законах, и данные измерений, которые полученных непосредственно с Байкальской природной территории. Кроме того, был разработан алгоритм, который позволяет уточнить решение, например, задачи идентификации источников по данным измерений более традиционного алгоритма с помощью погрешности, которая допускается в традиционном алгоритме.
