Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В течение первого этапа выполнения проекта (2022 г.) научным коллективом решались следующие задачи: анализ предметной области использования лесных ресурсов; анализ имеющегося опыта моделирования агент-ориентированных систем управления лесным комплексом и формулирование концепции моделирования; разработка архитектуры модели; разработка планируемых к выводу результатов, оценок и прогнозов, необходимых для выработки конкретных управленческих решений в рамках лесного комплекса; разработка методологии построения моделей. При поведении анализа предметной области основное внимание было уделено рассмотрению процессов лесозаготовки с использованием лесодорожной сети. Осуществлен анализ актуальности задачи создания сети лесных автомобильных и тракторных дорог на территории Российской Федерации, а также дана оценка сложности ее решения. Рассмотрены вопросы, связанные с технологическими и экономическими аспектами формирования лесодорожной сети. Изучены факторы, влияющие на процессы создания и эксплуатации лесных дорог. Выявлены используемые критерии оптимальности территориальной сети лесных дорог для целей лесозаготовки. Изучен используемый для оказания поддержки принятия решений по формированию территориальной лесодорожной сети инструментарий. Определены перспективы использования в этих целях агент-ориентированного моделирования. Произведен анализ имеющегося российского и зарубежного опыта моделирования агент-ориентированных систем управления лесным комплексом. В результате выявлено, что одной из основных проблем процесса формирования агент-ориентированных моделей является отсутствие единой концептуальной основы их проектирования. В рамках решения данной проблемы разработана концепция агент-ориентированного моделирования эффективной территориальной транспортной инфраструктуры системы лесозаготовки, базирующаяся на сервис-ориентированном подходе. Она определяет основные правила создания разрабатываемой агент-ориентированной системы управления лесным комплексом: определение целевых показателей и критериев оценки эффективности функционирования системы в условиях существования мобильных элементов; формирование пространственного графа функционирования системы с учетом существующей инфраструктуры, способного отображать мобильность элементов системы; определение состава и параметров объектов системы в соответствии с сервис-ориентированной парадигмой; определение моделей поведения объектов системы с учетом их мобильности, и направленности на предоставление/потребление сервисов; распределение объектов системы в узлах пространственного графа; обеспечение возможности манипулирования параметрами и структурой пространственного графа, структурой и параметрами объектов, первичным распределением объектов в узлах пространственного графа; обеспечение возможности интерактивного получения результатов; интегрированность моделей с информационными системами, содержащими информацию о реальных процессах в системе. Разработаны концептуальные схемы функционирования моделируемой агент-ориентированной системы и ее объектов, отличительной особенностью которых является их ориентация на сервис-ориентированную концепцию построения агент-ориентированных моделей. Осуществлено формальное описание разработанных схем. В рамках данной работы выделены основные элементы модели, их структура и характеристики, сформулированы принципы и определены алгоритмы их функционирования и взаимодействия, определены показатели оценки результатов моделирования и процедуры их оценки. Разработана архитектура параметров, необходимых для взаимодействия виртуальных объектов в моделируемой компьютерной среде, основанная на принципе взаимодействия распределенных в пространстве объектов, поставщиков и потребителей сервисов, сформулированного в рамках предложенной концепции агент-ориентированного моделирования. Она позволяет формировать поведенческие механизмы взаимодействия объектов в конфигурации заданной территориальной транспортной сети, обеспечивающей использование лесных ресурсов. В соответствии с принятой концепцией была проработана структура возможных целей использования моделей для принятия решений. В обобщенном виде к ним относятся задачи определение количества объектов, размещения объектов, определение параметров объектов, определение объемов финансирования работ по созданию и обслуживанию инфраструктуры, прогнозирование результатов функционирования системы. На основании разработанной концепции предложена методология построения агент-ориентированных моделей, обеспечивающая последовательный и полный цикл этапов, начиная с анализа предметной области и заканчивая практической реализацией и использованием моделей. Разработан алгоритм конкретных шагов и стадий, необходимый для проектирования и реализации агент-ориентированных моделей, обеспечивающих поддержку принятия решений по формированию эффективной инфраструктуры для использования лесных ресурсов. Он включает последовательный и полный цикл этапов, начиная с анализа предметной области и заканчивая практической реализацией и эксплуатацией моделей. Его отличительной особенностью является использование на этапе концептуального проектирования разработанных схем функционирования моделируемой агент-ориентированной системы и ее объектов. В целях практической апробации представленной концепции в ее отдельных аспектах, а также демонстрации возможностей ее интерпретации был создан прототип агент-ориентированной модели инфраструктуры лесозаготовки в среде моделирования AnyLogic. В качестве цели моделирования для прототипа определено изучение эффективность затрат на обеспечение качества покрытия лесных дорог. Критерием оценки модели выступает рентабельность процесса лесозаготовки. Она зависит от прибыли, полученной в результате заготовки древесной массы и затрат, возникающих в процессе лесозаготовки. С использованием созданного прототипа модели был проведен ряд экспериментов. Анализ полученных результатов подтвердил возможности построения с его помощью моделей реальных систем, обеспечивающих их оценку и принятие решений по их развитию. Результаты реализации проекта были опубликованы в ряде статей, в том числе в издании, индексируемом в базе научного цитирования Web of Science, а также представлены на 3 научных конференциях (двух международных и одной всероссийской). Ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет (url-адреса), посвященные проекту): http://www.vscc.ac.ru/activity/view?id=7290 http://www.vscc.ac.ru/activity/view?id=8212 http://www.volnc.ru/research/grant222801940

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
1. Разработаны и апробированы критерии выбора среды моделирования для создания агент-ориентированной модели управления лесозаготовками, соответствующие разработанной концепции проектирования агент-ориентированных моделей. Обеспечение возможности создания пространственной сети, возможностей ее интеграции с геоинформационными системами рассмотрено с точки зрения разработанного механизма пространственного отображения объектов в агент-ориентированных моделях лесозаготовительных систем. Он позволяет обеспечить связь параметров объектов дорожных сетей с элементами агент-ориентированных моделей. Критерии обеспечивают оценку механизмов интеграции среды моделирования с ГИС по следующим аспектам: возможности импорта отдельных элементов дорожной сети в пространство модели; возможности создания элементов дорожной сети с использованием механизмов среды моделирования; возможность интеграции этих групп элементов в рамках общей дорожной сети пространства моделирования; возможности установления связей между элементами сформированной дорожной сети и агентами модели – как использующих ее, так и отображающих ее состояние. Критерии обеспечения возможности адаптации к сервис-ориентированному подходу при формировании элементов модели направлены на анализ механизмов реализации поведения агентов в среде моделирования. Они позволяют определить степень реализуемости следующих аспектов предложенной концепции: формирование модулей реализации сервисов, обеспечивающих их активизацию, планирование и предоставление; создание среды по использованию сервисов; синхронизация этапов реализации сервисов в моделях поведения агентов поставщиков и потребителей сервисов; хранение информации об активированных сервисах. Критерии обеспечения возможности формирования поведения агентов в части их мобильности направлены на выявлении возможностей среды моделирования по имитации передвижения агентов по дорожной сети модельного пространства, а также возможностей по реализации в поведении агентов механизмов планирования и осуществления перемещения. Они позволяют дать оценку следующим значимым для рассматриваемого типа моделей аспектам: наличие и возможности механизмов манипулирования параметрами пространственного перемещения агентов; возможность реализации алгоритмов планирования агентами способов и путей перемещения; наличие механизмов взаимодействия агентов в процессе предоставления сервисов по перемещению. 2. Апробирована методика создания агент-ориентированных моделей эффективного использования лесных ресурсов территории. Апробация произведена при создании модели реальной системы - системы лесозаготовки в Бабушкинском районе Вологодской области. В рамках создания концепта агент-ориентированной модели апробирован алгоритм конкретных шагов и стадий, необходимый для проектирования и реализации агент-ориентированных моделей. В результате была разработана вербальная модель системы, в которой определены цели моделирования, целевые показатели и критерии оценки модели. На основе вербальной модели построена контекстная диаграмма системы. С опорой на контекстную диаграмму проведено концептуальное проектирование модели. В соответствии сервис-ориентированным подходом идентифицирован набор объектов модели с закрепленными за ними потребностями и сервисами, параметрами мобильности, атрибутами и структурой модулей моделей проведения. Определена структура элементов пространственной среды модели. По результатам концептуального проектирования осуществлена формализация модели, в рамках которой получены описания модулей моделей поведения агентов. Разработана общая архитектура модели, в которой определены состав и структура агентов модели, наборы управляемых параметров и параметров оценки результатов моделирования, а также механизмы формирования параметров оценки результатов моделирования. На основе разработанной архитектуры осуществлена реализация модели в среде агент-ориентированного моделирования. Опыт практического использования разработанной методики позволяет говорить об эффективности ее применения при создании агент-ориентированных моделей пространственно-распределенных систем. 3. Создана агент-ориентированная модель управления лесозаготовками, построенная на базе системы лесозаготовки в Бабушкинском муниципального округа Вологодской области, реализованная в среде моделирования AnyLogic. С использованием интеграционных механизмов среды моделирования с геоинформационными системами, а также с использованием имеющихся в агент-ориентированной среде специализированных элементов создания графических объектов сформирована пространственная структура элементов модели. В соответствии с разработанной архитектурой модели осуществлена практическая реализация различных типов агентов, включающая создание набора параметров и механизмов формирования поведения, а также осуществлена реализация элементов и механизмов управления и получения результатов на общемодельном уровне. Сформирован пул агентов модели и осуществлено их размещение в модельной среде. В результате был создан концепт модели, с использованием которого можно осуществлять эксперименты с получением результатов оценки различных вариантов конфигурирования управляемой системы. 4. Получены результаты вычислительных экспериментов по оценке эффективности территориальной системы управления лесозаготовками. Эксперименты проведены на основе реальных данных о системе лесозаготовки на данных Бабушкинского муниципального округа Вологодской области. Апробированы различные схемы проведения экспериментов. Это позволило сформировать организационно-методические механизмы экспериментальных исследований с использованием моделей, а также механизмы их верификации. Анализ полученных результатов позволил дать оценку практической пригодности разработанных в рамках проекта моделей и методов построения агент-ориентированных моделей эффективного использования лесных ресурсов территории, определить перспективы их применения. На базе реализованного концепта агент-ориентированной модели лесозаготовок в соответствии с разработанной схемой принятия управленческих решений проведены эксперименты по оценке эффективности различных вариантов конфигурации системы. При этом изменению подвергался количественный состав агентов, их параметры и места размещения, а также управляющие параметры, такие как размер изъятия различных пород древесины на участке, период между изъятиями древесины различных пород на участках, стоимость различных пород древесины, стоимость топлива для лесозаготовительной техники, объем выделенных средств на восстановление дорог и др. В качестве основного целевого показателя использовалась общая рентабельность лесозаготовительных работ. Проведенные эксперименты позволили сформировать подходы к верификации отдельных механизмов модели, таких как параметры перемещения лесозаготовительной техники по дорожной сети. В дальнейшем модель может быть развита за счет ее дополнения новыми массивами данных и апробации на материалах лесных участков других территориальных округов субъектов РФ. В рамках реализации проекта в 2023 г. подготовлены 2 статьи в изданиях, индексируемых в Web of Science Core Collection и Scopus; 6 статей в российских изданиях, индексируемых базой данных РИНЦ. Подготовлена рукопись монографии по результатам работы по проекту. Апробация полученных результатов проведена на 3 научных конференциях (1 - всероссийской и 2 - международных). Ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет (url-адреса), посвященные проекту): http://www.volnc.ru/research/grant222801940