Қала жағдайындағы адам белсенділігін талдау модельдері негізінде қалалық инфрақұрылым жұмысын жоспарлау және тиімділігін бағалауға арналған ақылды картаны әзірлеу
g.bektemisova@iitu.edu.kz
МАҚСАТЫ
Жобаның мақсаты
Бұл жобаның мақсаты – қалалық инфрақұрылымның жұмыс процестерінің тиімділігін бағалау және жоспарлау міндеттерін шешу үшін қала жағдайындағы адамның қызметі туралы деректерді өңдеу жүйелері базасында ақылды картаны әзірлеу.
ЖОБА ТУРАЛЫ
Аннотация
Заманауи әлем, соның ішінде Қазақстан ақпараттық технологиялармен тығыз байланысты. IT-технологиялар саласындағы адамның қызметі нәтижесінде жасалатын деректер көлемі үнемі өсіп, жинақталуда. Бұл үлкен деректер әлеуетке ие және білім беру, қалалық логистика, бизнес сияқты әртүрлі белсенділік салаларындағы міндеттерді шешу тиімділігін арттыру үшін алынып, тәжірибеде қолданылуы мүмкін ақпаратты қамтиды. Ғылымның соңғы жетістіктерінің арқасында біз қалалық инфрақұрылымды жоспарлау және ақылды қала тұжырымдамасын дамыту міндеттерінде пайдалы бола алатын деректерден ақпаратты ала аламыз.
Жоба міндеттері
Қалалық инфрақұрылымның жұмыс процестерін жоспарлау және тиімділігін бағалау жүйесін әзірлеу цифрлық деректердің саны мен сапасына жоғары дәрежеде тәуелді. Осылайша, бұл жобаның негізгі міндеттері болып табылатындар:
- қала жағдайындағы адамдардың қызметі бойынша әлеуетті пайдалы деректерді іздеу және жинау;
- статистикалық деректері бар ақылды картаны құру үшін модельдердің соңғы тізбемін анықтау. Қолжетімді деректерге байланысты модельдер тізіміне, мысалы, шамадан тыс жүктелген автобус және троллейбус маршруттарын анықтау модельдері, бизнес үшін ең тиімді (сату тұрғысынан) орындарды анықтау модельдері, оқу орындарын, ХҚКО-ларды және қалалық инфрақұрылымның басқа да объектілерін салу немесе ашу үшін орындарды анықтау модельдері кіруі мүмкін;
- машиналық оқыту модельдерін әзірлеу міндеттері, олар өз кезегінде болжамдар жасау, құрылымдалмаған деректерді белгілі бір құрылымдалған түрге келтіру, модельдердің сапа метрикаларының мәндерін жақсарту бойынша қосалқы міндеттерді қамтиды;
- статистикалық модельдер мен машиналық оқыту модельдерін құру, сондай-ақ деректер массивтерін өңдеу және сақтау міндеттері орындалатын техникалық серверлік инфрақұрылымды дайындау және баптау міндеті;
- деректер көздерін бірыңғай қоймаға жүктеуге баптау, сондай-ақ жоспарлау және оңтайландыру модельдерін өндірістік пайдалану мүмкіндігі үшін ETL процестерін баптау бойынша қосалқы міндеттерді қамтитын үлкен деректерді өңдеу және сақтау міндеттері;
- соңғы міндет – қала бөлінісіндегі визуализация статистикасы бар бірыңғай ақылды картаға әзірленген машиналық оқыту модельдері жұмысының нәтижелерін біріктіру міндеті.
Жаңалығы
- Қазақстан қалаларының инфрақұрылымының жұмыс процестерін жоспарлау үшін математикалық және статистикалық тәсілдерді пайдалануда;
- әртүрлі профильдегі модельдердің жұмыс нәтижелерін біріктіретін ақылды картаны (визуалды құрал) әзірлеуде;
- машиналық оқыту модельдері негізінде урбанизацияның жоғары деңгейі жағдайында Қазақстан қалаларын дамыту мәселелерінде қолдау және шешім қабылдау жүйесін әзірлеуде;
- Қазақстанда Smart City (ақылды қала) тұжырымдамасын дамытуда. Зерттеу нәтижелері статистика және машиналық оқыту әдістерінің комбинациясын пайдалана отырып, қалалық инфрақұрылым процестерінің тиімділігін бағалау және жоспарлау бойынша бірқатар міндеттерді шешуге қабілетті болады [6]. Нәтижелердің қысқаша сипаттамасы Жобаның нәтижесі мегаполистің жұмыс істеп тұрған инфрақұрылымы процестерінің тиімділігін бағалау мәселелерінде көмектесетін, сондай-ақ болашақ инфрақұрылымның жұмыс процестерін жоспарлауға көмектесетін әзірленген ақылды карта болады. Әзірленген модельдер мен шешім қабылдауды қолдау жүйелерінің кешені әлеуетті түрде келесі нәтижелерге әкеледі:
- Қазақстанда мегаполис жағдайындағы адам белсенділігін талдау модельдері негізінде қалалық инфрақұрылым жұмысының процестерін жоспарлау және оңтайландырудың өзіндік зияткерлік жүйесі әзірленеді.
- Әзірленген жүйе Қазақстандағы Smart City тұжырымдамасының ақылды жүйелерін дамытуда серпін болады.
- Әзірленген жүйе мегаполистің қазірдің өзінде жұмыс істеп тұрған инфрақұрылымындағы процестерді оңтайландыруға көмектеседі, сондай-ақ болашақ инфрақұрылымның жұмыс процестерін жоспарлауға көмектеседі.
НӘТИЖЕЛЕР
Ғылыми жетістіктер
Жүйелік талдау нәтижесінде әлемнің әртүрлі қалаларында «ақылды қалаларды» құрудың өзекті әдідологиялық тәсілдері мен қағидаттары анықталды, «ақылды қала» тұжырымдамасын дамытудың ағымдағы жағдайына талдау жүргізілді. Негізгі артықшылықтары, сондай-ақ «ақылды технологияларды» енгізумен сүйемелденетін проблемалар, оларды халықтың анағұрлым тиімді енгізуі мен пайдалануына әсер ететін айқындаушы факторлар анықталды. Қазіргі тәжірибеде ең көп тараған және әлі де пайдаланушылармен жеткілікті белсенді қабылданбаған «ақылды шешімдерге» жіктеу жүзеге асырылды. Деректер үшін талап етілетін сипаттамалардың тізбесі және оларды модельдерді құру процесінде пайдалану мүмкіндіктері анықталды. Yandex Cloud базасында Hadoop кластері орналастырылды.
Сонымен қатар, синтетикалық деректер негізінде квадранттарға сағаттық жүктемелерді көрсететін қаланың жылу картасы жасалды. OpenStreetMap жүーейесінен жол инфрақұрылымы, ғимараттар, қоғамдық орындар және басқа да элементтер туралы ақпаратты қамтитын Алматы қаласы бойынша географиялық деректерді жүктеу жүзеге асырылды. Алынған деректер қаланың цифрлық картасына кейіннен қолдану үшін графтар түрінде ұсынылды. Жеке форматта деректер Алматы қаласы шекараларының координаттарын білдіреді, олар кейіннен қиылыспайтын квадранттарға бөлінеді.
Алынған деректердің көмегімен қала аймағын квадранттарға (ZID-терге) бөлу орындалды және олардың әрқайсысына түсетін жүктеменің жылу картасы жасалды. Қала секторын 500*500 метр өлшемді квадранттарға бөлу Python алгоритмдерін қолдана отырып жүргізілді. Әрбір квадранттың ішінде картаны құру үшін пайдаланылған сағаттық деректер синтезделді. Нәтижесінде белгілі бір сағатта әр квадрантқа түсетін жүктеменің жылулық көрінісі алынды.
ЗИЯТКЕРЛІК МЕНШІК
Құқықтық қорғау
- Авторлық куәлік: (Құрылымдалмаған) деректерді сапалы және тиімді талдауға ықпал ететін «Жетілдірілген» құрал. 2020 жылғы «27» қарашадағы № 13562.
ЕНДІРУ
Коммерцияландыру және тәжірибе жүзінде қолдану
Жоба коммерцияландыруға жатады. Қазіргі уақытта Алматы қ. әкімдігінің қызығушылығы бар. Ол үшін бізге зерттеудің базалық нәтижелері болуы қажет. Біз бұл жүйені бизнесте, мемлекеттік органдарда енгізуді және жүйені масштабтауды жоспарлап отырмыз. Бұл жобаны көрші елдерде: Қазақстан, Өзбекстан, Түрікменстан, Тәжікстан және т.б. масштабтау мүмкіндігі бар. Әзірленген модельді шағын және орта бизнеске немесе мемлекеттік органдарға эксперименталды талдау, тестілеу және енгізу 2023-2025 жылдарға жоспарланған
КОМАНДА
Зерттеу тобының құрамы
Бектемысова Г.У., т.ғ.к.
ХАТУ АҚ, профессор
Scopus ID: 56465962100
ORCID: 0000-0002-0850-0558
Молдагулова А.Н., ф.-м.ғ.к.
БҒҚ, Satbayeva University, профессор
Scopus ID: 57160071400
ORCID: 0000-0002-1596-561X
Болшибаева А.К., PhD
ХАТУ АҚ, қауымдастырылған профессор
Scopus ID: 57209662829
ORCID: 0000-0003-1191-4249
Чинибаева Т.Т., PhD
ХАТУ АҚ, ассистент-профессор
Scopus ID: 57203033842
ORCID: 0000-0002-2657-3697
Шайкемелев Г.Т., магистр
ХАТУ АҚ, докторант
ORCID: 0009-0001-6465-8894
Омаров С.С., магистр
Аға ғылыми қызметкер, «КаР-Тел» ЖШС
Умуткулов Д.Б., магистр
ХАТУ АҚ, докторант
ORCID: 0009-0001-0554-3536
Нуралыкызы С., магистр
ХАТУ АҚ, докторант
ORCID: 0009-0004-2546-2751
Манап Д.М.
ХАТУ АҚ, магистрант
Болатбекова Д.К., магистр
Инженер-жүйелік талдаушы
Каримова Бибинур Сарсемхановна
ХАТУ АҚ, бухгалтер