Имитационное моделирование биологических объектов

Разрабатываемая технология комбинированного имитационного моделирования информационно-управляющих систем комплексного мониторинга, экспресс-диагностики и анализа состояния сложных распределенных биологических объектов в режиме реального времени предназначена для создания эффективных систем, обеспечивающих безопасность жизнедеятельности в условиях возрастающих угроз возникновения экстремальных ситуаций.

Население России живет в условиях постоянного воздействия чрезвычайных ситуаций (ЧС) природного, техногенного, биолого-социального характера и нарастания угроз ЧС террористического характера. Возрастание масштабов воздействия на население подтверждает и статистика последних лет. Если учитывать жертвы террористических актов, военных конфликтов, пожаров и дорожно-транспортных происшествий, то в среднем Россия ежегодно теряет свыше 50 тысяч человеческих жизней, более 250 тысяч человек получают увечья.

Для устойчивого развития страны необходимо принятие мер по сокращению ущерба, причиняемого ЧС. Эти меры должны опираться на теорию, методы и технологии анализа и управления риском. Разноплановые задачи, которые должны решаться в интересах управления риском, опираются на такие наукоемкие сферы, как физические механизмы развития аварийных ситуаций и аварий, формирования опасных природных явлений, модели и методы прогноза силы, времени и места их возникновения, способы предотвращения их возникновения, снижения силы или смягчения последствий ЧС, экономические исследования, методы оптимального планирования.

Возникновение чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, величина причиняемого ими ущерба во многом зависят от своевременности и точности их предсказания, от принятия предупредительных мер защиты. Предупреждение и готовность к ЧС — это система, включающая мониторинг опасных явлений, оперативную обработку и передачу информации, долго-, средне- и краткосрочные прогнозы, меры быстрого оповещения и реагирования.

К числу основных направлений НИОКР в данной области относятся: комплексное моделирование систем прогнозирования природных катаклизмов, вероятностной оценки возможности возникновения и разработка средств предупреждения промышленных аварий и катастроф, создание эффективных технических решений и технологий поиска, спасения и реабилитации пострадавших, исследование возможностей выживания в экстремальных условиях, замена человека роботами на опасных работах. Одной из главных задач мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций является задача системной формализации методов и технологий мониторинга, прогнозирования и предупреждения ЧС.

Отличительной особенностью разработанного для данных целей инструментального технологического программно-аппаратного комплекса (ИТПАК) является его высокая производительность.

На основе анализа специфики задач комбинированного имитационного моделирования в качестве основной технологической базы выбрана отечественная система на кристалле Эльбрус-2С+. Эльбрус-2С+ обеспечивает выполнение как универсальных алгоритмов обработки информации, так и специализированных алгоритмов ЦОС. Вычислительные модули на базе системы на кристалле Эльбрус-2С+ функционируют под управлением ОС "Эльбрус", поддерживающей режим «жесткого» реального времени.

Помимо платы с микропроцессором Эльбрус-2С+, ИТПАК содержит специализированный модуль аппаратного ускорения на базе ПЛИС Virtrex 6 компании Xilinx. FPGA Virtex-6 — семейство кристаллов высокопроизводительной логики, которое обеспечивает поддержку большого количества стандартов ввода-вывода и прием/передачу данных со скоростью 1,4 Гбит/с по каждой дифференциальной паре контактов.

Логическая емкость Virtrex-6 достигает 760 000 логических элементов, что позволило реализовать на ней 16 микропроцессорных ядер для специализированных вычислений.

На базе одной ПЛИС возможно параллельное моделирование поведения 16-ти и более объектов в реальном масштабе времени. В сочетании с вычислительными узлами на базе Эльбрус-2С+ на комплексе ИТПАК возможно параллельное моделирование поведения более 192 объектов.

Инструментальные программно-аппаратные вычислительные узлы ИТПАК разрабатываются с учетом возможностей общего программного обеспечения Эльбрус, которое разработано на его основе и обеспечивает параллельное исполнение программ на всех уровнях, что особенно важно для моделирования параллельных процессов и поведения субъектов в экстремальных условиях.

Высокая производительность и уникальные алгоритмы анализа и прогнозирования позволяют с высокой точночтью реализовывать основные направления данной НИОКР.

Срок завершения работы: 2013 год