РАЗРАБОТКА ГИБРИДНОГО ПОДХОДА ПРЕДИКТИВНОГО АНАЛИЗА ЛЕСОПОЖАРНЫХ ИНЦИДЕНТОВ ВБЛИЗИ ОБЪЕКТОВ ИНФРАСТРУКТУРЫ ОАО РЖД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДЕТЕРМИНИРОВАННОГО МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ, АНАЛИЗА ДАННЫХ И ТЕХНОЛОГИЙ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА

Лесные пожары приводят к уничтожению инфраструктурных объектов, а также оказывают негативное влияние на их функционирование. С другой стороны сами инфраструктурные объекты (станции, платформы, железнодорожная сеть, подвижной состав), в том числе принадлежащие ОАО РЖД, являются источниками антропогенной нагрузки на лесопокрытые территории. Актуальность исследования обусловлена необходимостью прогнозировать возникновение лесопожарных инцидентов в окрестности инфраструктурных объектов РЖД для минимизации их негативного влияния на их функционирование. Цель исследования формулируется следующим образом - разработка гибридного подхода предиктивного анализа лесопожарных инцидентов вблизи объектов инфраструктуры ОАО РЖД с использованием детерминированного математического моделирования, анализа данных и технологий искусственного интеллекта. Задачи проекта, которые были решены для достижения цели проекта: 1) Разработка детерминированных математических моделей влияния инфраструктурных объектов ОАО РЖД на уровень лесной пожарной опасности; 2) Разработка детерминированных математических моделей влияния лесных пожаров на инфраструктурные объекты ОАО РЖД; 3) Разработка методов интеллектуального анализа данных о лесопожарных происшествиях вблизи инфраструктурных объектов ОАО РЖД; 4) Разработка методов интеллектуального анализа данных для оценки причин возникновения лесных пожаров в окрестности инфраструктурных объектов ОАО РЖД; 5) Разработка методов геоинформационного анализа данных по лесной пожарной опасности с использованием данных дистанционного зондирования (на примере типичного участка железной дороги в Республики Бурятия); 6) Синтез гибридного подхода предиктивного анализа лесопожарных инцидентов вблизи инфраструктуры ОАО РЖД. Для решения поставленных задач были применены следующие методы и технологии: 1) детерминированное математическое моделирование на основе решения систем дифференциальных уравнений в частных производных конечно-разностным методом; 2) Вероятностное моделирование на основе основных положений теории вероятностей и математической статистики; 3) Методы искусственного интеллекта: нейронные сети, алгоритмы муравьи; 4) Методы интеллектуального анализа данных: кластеризация и классификация на основе различных алгоритмов; 5) Технологии высокопроизводительных вычислений на многопроцессорных вычислительных системах (задействована вычислительная инфраструктура НТУ Сириус с использованием программирования в SPMD-модели); 6) Методы геоинформационного анализа с использованием систем ArcGIS, MapInfo, QGIS; 7) Анализ данных дистанционного зондирования со спутниковых систем, работающих в оптическом диапазоне; 8) Программирование алгоритмов с использованием программных сред Matlab, Delphi, MS Visual Studio, R Language, Python, Message Passing Interface. В результате выполнения проекта были получены следующие крупные результаты: 1) группа математических моделей для детерминированного моделирования возникновения и влияния лесных пожаров на объекты инфраструктуры ОАО РЖД; 2) группа математических моделей для моделирования возникновения и влияния лесных пожаров на объекты инфраструктуры ОАО РЖД на основе интеллектуального анализа данных и методов искусственного интеллекта; 3) Создан банк данных по контролируемой лесопокрытой территории, включающий типичный участок железной дороги, на основе геоинформационного анализа наземных и спутниковых данных; 4) как результат, разработан гибридный подход предиктивного анализа лесопожарных инцидентов вблизи объектов инфраструктуры ОАО РЖД с использованием детерминированного математического моделирования, анализа данных и технологий искусственного интеллекта. Уровень полученных результатов по ряду параметров превосходит мировой уровень развития науки в области прогноза лесной пожарной опасности вблизи инфраструктурных объектов. В результате исследования разработаны новые математические модели (детерминированные, вероятностные, на основе искусственного интеллекта) и получены новые закономерности, описывающие процессы возникновения лесных пожаров вблизи инфраструктурных объектов ОАО РЖД с учетом их влияния на эти объекты. Результаты могут быть использованы, как в ИСДМ-Рослесхоз при добавлении в эту информационную систему сети инфраструктурных объектов ОАО РЖД, так и при модернизации или разработке информационных систем в структуре ОАО РЖД.