作者:沈春蕾 刘勇进 来源:中国科学报 发布时间:2015-2-2
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走进他们的“平行世界”

 平行交通控制与管理系统

■本报记者 沈春蕾 通讯员 刘勇进

物理学家用他们聪明绝顶的人脑,设计了各种各样的“思想实验”,来研究验证平行宇宙和其他的量子力学解释。在中国科学院自动化研究所(以下简称自动化所)也有一支从事平行研究的科研团队,他们叫社会计算与平行管理课题组。

课题组成员、自动化所研究员熊刚告诉《中国科学报》记者,平行管理就是在对已有事实认识的基础上,利用先进计算手段,借助人工系统对复杂系统的行为进行“实验”,进而对其行为进行分析,实虚互动,得出比“现实”更优的运行系统。

实现“知行合一”

熊刚介绍说,人工社会就是平行世界在计算机和网络空间中的虚拟实现,平行就是以技术的手段实现“知行合一”。它们与物质精神的自然社会同构并映,构成研究和处理复杂问题的平行系统。

“计算机号称‘电脑’,所以就可以利用‘计算实验’来分析其所‘培育’的人工社会和对应的平行系统,从而在另外的世界或赛博空间(在计算机以及计算机网络里的虚拟现实)中克服对复杂系统问题,特别是涉及人的复杂问题无法进行实验的根本性困难。”

听了课题组成员一番讲述后,记者以“仿真”来理解他们所说的理论时,他们说二者不一样,因为许多情况下“无真可仿”。“平行管理系统,可以说是计算机仿真研究和利用参考模型进行自适应控制的自然扩展与升级。”课题组成员先后给出解释。

首先,平行管理系统在相当程度上要求仿真与模拟的正规和常态化。例如,仿真不再是桥坝高楼等结构建成之前仿一仿就可以了,而将是永远伴随着这些建筑,时时刻刻,永不间断,用于监控,用于管理。

其次,平行管理系统要求经验与知识的数字化、动态化和即时化,过去马马虎虎的习惯和深藏于文献或历史中的知识,都必须重新组织表述,从而使其至少80%可以自动地随需随取随用,剩下的20%或更少,再向专家咨询。

最后是游戏与动漫的科学与工具化,相信未来它们将不只是娱乐的一部分,而是每个社会企业、每个政府机构之必不可少的一部分工作,就像今天各种设计、规划、检验、评估工程师的工作一样。

“只有这样,人工社会才能成为真正的另外一半的社会,虚实才能一体,计算实验才能成为真正的分析手段。”熊刚表示,如今该理论所揭示的方式已经成为全球范围内的研究热点。

缓解交通拥堵

采访过程中,为了让记者更加清晰地了解他们的研究内容,社会计算与平行管理课题组成员介绍了几个专业术语。

智能交通就是利用新的信息、自动化和智能技术来提高传统和新型交通系统的安全、效率和舒适水平,并确保交通系统本身及相应的生态与社会环境的可持续发展。

对于课题组来说,就是将ACP(A指人工系统,C指计算实验,P指虚实系统的平行执行)方法平行交通系统控制与管理理念,以实现城市交通控制与管理方法的重大突破,打造一个“智慧”的交通。

针对交通等复杂对象的控制和管理难题,课题组依据平行系统理论,在传统对工程性对象进行“小闭环控制”基础上,增加管理、人、环境等社会性要素,形成一个“大闭环控制”的实际系统。课题组还针对大闭环控制对象的复杂多变特点,引入了人工系统,与实际系统共同形成双闭环的平行系统。

熊刚说:“城市交通控制与管理工作面临的最大难题是由于操作对象过于复杂,导致研究无法开展实验,你不可能真的让多少人或多少辆车同时通过某个路口,此前关于交通的研究都是基于以往数据的分析,而我们的平行交通控制与管理系统则能计算出某个特定时间段、特定天气状况下,某条道路上行驶多少车辆才不会造成拥堵。”

社会计算与平行管理课题组成员、自动化所高级工程师朱凤华介绍,平行交通控制与管理系统已在江苏太仓太浏公路的改造工程中得到了实施,通过一年多的调查数据显示,主路通行能力提高了26%,主路排队长度减少了8%~19%,明显改善了周边区域的交通环境。这个项目在当年被江苏省公路局列为示范推广项目。

“我们的城市越来越大,高速路上的汽车越来越多,但是一个城市到底容纳多少人最合适,交通应该怎样设计才是最优化的?”朱凤华指出,“我们不可能到最后一刻才去修修补补,需要提前进行顶层设计,而且必须考虑人的行为和社会因素,将来解决这些问题的途径肯定只能是社会计算和平行管理。”

在课题组成员们看来,目前国家所采取的系列治堵政策其实已经取得了一定的效果,但对行政干预手段的依赖性较大,还并没有很大程度地通过技术手段进行有效引导和优化,这也正是大家着力研究的重点内容。

平行网络诞生

随着网络规模快速扩大、业务不断创新、用户数量不断增加、通信业务量激增,原有的网络架构已经很难满足未来发展需要。社会计算与平行管理课题组成员、自动化所研究员杨柳青说:“未来的网络系统必须能够为用户提供低价的无线宽带因特网接入。”

为了适应未来网络需求,需要采用新的网络架构模式。因此,平行网络在这样的网络需求背景下应运而生。平行网络包括实际网络系统和人工网络系统两部分内容。

据杨柳青介绍,课题组以平行系统理论为指导,建立适应现代网络系统的网络模型体系和复杂认知网络动态计算实验平台,将人工网络逐渐发展为具有灵活、便捷和广泛特性的网络系统。

“这种平行理论的运用能够有效地改善优化网络运行状态,提高实际网络系统的信息传递效率及用户体验状态,有效地解决不断变化的网络需求,针对网络的性能、可扩展性、安全性提供潜在的解决方案。”

杨柳青相信在不久的将来,人工网络作为计算实验的基础,将认知网络对物理资源的优化和网络对人之需求的动态响应结合起来,实际网络与人工网络平行互动,形成大反馈,最终形成平行网络。

课题组也希望通过他们的努力使网络能够根据用户的业务需求、各接入技术的网络状况、终端的能力、用户的设置以及网络的配置等,进行接入技术的选择或切换,实现用户体验的改善、网络资源利用的高效和运维成本的降低。

《中国科学报》 (2015-02-02 第7版 学人)
 
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