maisМоделирование и анализ информационных системModeling and Analysis of Information Systems1818-10152313-5417Yaroslavl State University10.18255/1818-1015-2016-4-412-426mais-367Research ArticleОригинальные статьиArticlesОблачный сервис для интерактивного моделирования межтерриториальной торговлиCloud Service for Interactive Simulation of Interregional Tradehttps://orcid.org/0000-0001-8760-316XВеличкоА. С.VelichkoA. S.

Величко Андрей Сергеевич, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник

Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН ул. Радио, 5, г. Владивосток, 690041

Velichko Andrei Sergeevich, PhD, researcher

Institute for Automation and Control Processes FEB RAS, 5, Radio Str., Vladivostok, 690041

vandre@dvo.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9393-351XГрибоваВ. В.GribovaV. V.

Грибова Валерия Викторовна,  доктор технических наук, зав. лабораторией,

Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН ул. Радио, 5, г. Владивосток, 690041

Valeriya Viktorovna,  DSc, laboratory head,

Institute for Automation and Control Processes FEB RAS, 5, Radio Str., Vladivostok, 690041

gribova@iacp.dvo.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8760-316XФедорищевЛ. А.FedorishchevL. A.

Величко Андрей Сергеевич, кандидат физико-математических наук, научный сотрудник,

Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН ул. Радио, 5, г. Владивосток, 690041

Fedorishchev Leonid Aleksandrovich,  PhD, researcher,

Institute for Automation and Control Processes FEB RAS, 5, Radio Str., Vladivostok, 690041

fleo1987@mail.ruИнститут автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН, ВладивостокРоссияInstitute for Automation and Control Processes FEB RAS, VladivostokRussian Federation201620082016234412426Copyright © Величко А.С., Грибова В.В., Федорищев Л.А., 20162016Величко А.С., Грибова В.В., Федорищев Л.А.Velichko A.S., Gribova V.V., Fedorishchev L.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.mais-journal.ru/jour/article/view/367

В работе описана математическая модель торговых потоков между территориями региона или страны в транспортной сети, представленной одним агрегированным или разнообразными видами морского и наземного транспорта. Используется подход моделирования сложных коммуникационных систем для определения наиболее вероятных значений потоков в условиях неполноты информации о рассматриваемой системе. Транспортные издержки между территориями моделируются в рамках гравитационной модели. Плата за перевозку зависит от расстояния между регионами, оцениваемого как длина кратчайшего пути между пунктами в заданной транспортной сети или определяемого как географическое расстояние. Математическая постановка задачи относится к классу выпуклых задач математического программирования и предполагает численное решение нелинейной оптимизационной задачи с линейными ограничениями. На основе модели реализовано программное средство как облачный сервис на гетерогенных вычислительных архитектурах: модуль моделирования выполнен на высокопроизводительной серверной платформе, модули управления и визуализации – на облачной платформе IACPaaS. Связь между платформами осуществляется через асинхронные http-запросы. Для обмена информацией между модулями разработана и реализована декларативная модель в формате JSON для объектов, рассматриваемых в математической модели: продуктов, зон и коммуникаций. Модуль визуализации позволяет наглядно представить исходные и получаемые в результате моделирования матричные данные, интерактивно изменять входные параметры модели. В работе продемонстрировано использование программного комплекса для моделирования межрегиональных грузопотоков в транспортной сети регионов Дальнего Востока России на основе входных данных, взятых из открытых статистических источников. 

The paper describes a mathematical model of trade flows between the territories of a region or a country in a transport network having one or more different types of marine or ground transportation. We use the approach of modeling complex communication systems to determine the most probable values of flows in case of incomplete information about the system. Transport costs between the territories are modeled within the framework of the gravity model. The payment for transportation depends on the distance between regions, the distance is estimated as the shortest way length in a given transport network or geographical distance. The mathematical formulation of the problem belongs to the class of convex mathematical programming problems and assumes the numerical solution of nonlinear optimization problem with linear constraints. Based on the model, the software is implemented as a cloud service on heterogeneous computing architectures: the simulation module is made on a highperformance server platform, management and visualization modules are produced with IACPaaS cloud platform. Communication between the platforms is established via asynchronous http-queries. For information exchange between the modules the declarative model with JSON format is developed and implemented for the objects considered in the mathematical model which are products, areas and communications. Visualization module allows to present graphically the original and the resulting matrix data and to modify the input parameters of the model interactively. The paper demonstrates the use of software for the simulation of inter-regional freight traffic of the Russian Far East region based on input data provided by open statistics sources.

межрегиональныйтранспортсетьмультимодальныйгравитационныйэнтропийныйравновесиемодельinterregionaltransportationnetworkmultimodalgravityentropyequilibriummodelРоссийский фонд фундаментальных исследований (проект № 16-07-00340а)RFBR (grant No.16-07-00340-a)ReferencesЛеонтьев В. В., Избранные произведения в 3-х тт, 1, Общеэкономические проблемы межотраслевого анализа, Экономика, М., 2006.Leont’ev V. V., Izbrannye proizvedeniya v 3-kh tt, 1, Obshcheekonomicheskie problemy mezhotraslevogo analiza, Ekonomika, M., 2006, (in Russian)Anderson J. E., Wincoop E., “Gravity with gravitas: a solution to the border puzzle”, The American Economic Review, 93:1 (2003), 170–192. DOI: 10.1257/000282803321455214.Anderson J. E., Wincoop E., “Gravity with gravitas: a solution to the border puzzle”, The American Economic Review, 93:1 (2003), 170–192. DOI: 10.1257/000282803321455214.Вильсон А. Дж., Энтропийные методы моделирования сложных систем, Наука, М., 1978.Vil’son A. Dzh., Entropiynye metody modelirovaniya slozhnykh sistem, Nauka, M., 1978, (in Russian).Fang S. C., Rajasekara J. R., Tsao H. S. J., Entropy Optimization and Mathematical Programming, Kluwer Academic, Dordrecht, 1997.Fang S. C., Rajasekara J. R., Tsao H. S. J., Entropy Optimization and Mathematical Programming, Kluwer Academic, Dordrecht, 1997.Batten D. F., Boyce D. E., “Spatial interaction and interregional commodity flow models”, Handbook on regional and urban economics, 1, 1987, 357–406.Batten D. F., Boyce D. E., “Spatial interaction and interregional commodity flow models”, Handbook on regional and urban economics, 1, 1987, 357–406.Ham H., Kim T. J., Boyce D., “Implementation and estimation of a combined model of interregional, multimodal commodity shipments and transportation network flows”, Transportation Research. Part B, 2005, № 39, 65–79. DOI: 10.1016/j.trb.2004.02.005.Ham H., Kim T. J., Boyce D., “Implementation and estimation of a combined model of interregional, multimodal commodity shipments and transportation network flows”, Transportation Research. Part B, 2005, № 39, 65–79. DOI: 10.1016/j.trb.2004.02.005.Ham H., Kim T. J., Boyce D., “Assessment of economic impacts from unexpected events with an interregional commodity flow and multimodal transportation network model”, Transportation Research. Part A, 2005, № 39, 849–860.Ham H., Kim T. J., Boyce D., “Assessment of economic impacts from unexpected events with an interregional commodity flow and multimodal transportation network model”, Transportation Research. Part A, 2005, № 39, 849–860.Васильева Е. М., Левит Б.Ю., Лившиц В. Н., Нелинейные транспортные задачи на сетях, Транспорт, М., 1981.Vasil’eva E. M., Levit B. Yu., Livshits V. N., Nelineynye transportnye zadachi na setyakh, Transport, M., 1981, (in Russian).Васильева Е. М., Игудин Р. В., Лившиц В. Н., Оптимизация планирования и управления транспортными системами, Транспорт, М., 1987.Vasil’eva E. M., Igudin R. V., Livshits V. N., Optimizatsiya planirovaniya i upravleniya transportnymi sistemami, Transport, M., 1987, (in Russian).Попков Ю. С. и др., Системный анализ и проблемы развития городов, Наука, М., 1983.Popkov Yu. S. et al., Sistemnyy analiz i problemy razvitiya gorodov, Nauka, M., 1983, (in Russian).Величко А. С., Давыдов Д. В., “Интервальная энтропийная модель межрегионального производственного баланса”, Пространственная экономика, 3:3 (2009), 20–35.Velichko A. S., Davydov D. V., “Intervalnaya entropiynaya model mezhregionalnogo proizvodstvennogo balansa”, Prostranstvennaya ekonomika, 3:3 (2009), 20–35, (in Russian).Zhang Q., Cheng L., Boutaba R., “Cloud computing: state-of-the-art and research challenges”, J. Internet Serv. Appl., 1 (2010), 7–18. DOI: 10.1007/s13174-010-0007-6.Zhang Q., Cheng L., Boutaba R., “Cloud computing: state-of-the-art and research challenges”, J. Internet Serv. Appl., 1 (2010), 7–18. DOI: 10.1007/s13174-010-0007-6.Sun L. et al., “Cloud service selection: State-of-the-art and future research directions”, Journal of Network and Computer Applications, 45 (2014), 134–150. DOI: 10.1016/j.jnca.2014.07.019.Sun L. et al., “Cloud service selection: State-of-the-art and future research directions”, Journal of Network and Computer Applications, 45 (2014), 134–150. DOI: 10.1016/j.jnca.2014.07.019.Gribova V. et al., “A Cloud Computing Platform for Lifecycle Support of Intelligent Multi-agent Internet-services”, International Conference on Power Electronics and Energy Engineering (PEEE) (Hong Kong, China, April 19–20, 2015), 231–235.Gribova V. et al., “A Cloud Computing Platform for Lifecycle Support of Intelligent Multi-agent Internet-services”, International Conference on Power Electronics and Energy Engineering (PEEE) (Hong Kong, China, April 19–20, 2015), 231–235.Грибова В. В. и др., “Базовая технология разработки интеллектуальных сервисов на облачной платформе IACPaaS. Часть 1. Разработка базы знаний и решателя задач”, Программная инженерия, 12 (2015), 3–11.Gribova V. V. et al., “A Base Technology for Development of Intelligent Services with the Use of IACPaaS Cloud Platform. Part 1. A Development of Knowledge Base and Problem Solver”, Software Engineering, 12 (2015), 3–11, (in Russian).Величко А. С., “Вычисление равновесных межрегиональных потоков товаров в условиях интервальной неопределенности с использованием метода перекрестной энтропии”, свидетельство о госрегистрации ПрЭВМ РФ №2011613757 от 13.05.11, RU ОБПБТ, 3(76) (2011), 256–257.Velichko A. S., “Vychislenie ravnovesnykh mezhregionalnykh potokov tovarov v usloviyakh intervalnoy neopredelennosti s ispolzovaniem metoda perekrestnoy entropii”, sv. o gos. reg. prog. dlya EVM Ross. Fed. №2011613757 ot 13.05.11, RU OBPBT, 3(76) (2011), 256–257, (in Russian).AMPL: A Modeling Language for Mathematical Programming, http://www.ampl.com.AMPL: A Modeling Language for Mathematical Programming, http://www.ampl.com.GNU Octave: High-level language for numerical computations, https://www.gnu.org/software/octave/.GNU Octave: High-level language for numerical computations, https://www.gnu.org/software/octave/.Gribova V. V. et al., “A Two-level Model of Information Units with Complex Structure that Correspond to the Questioning Metaphor”, Automatic Documentation and Mathematical Linguistics, 49:5 (2015), 172–181. DOI: 10.3103/S0005105515050052.Gribova V. V. et al., “A Two-level Model of Information Units with Complex Structure that Correspond to the Questioning Metaphor”, Automatic Documentation and Mathematical Linguistics, 49:5 (2015), 172–181. DOI: 10.3103/S0005105515050052.Gribova V., Fedorischev L., “Cloud service for development of virtual interactive environments”, International Conference on Advanced ICT for Education (ICAICTE) (Dalian, China, August 16–17, 2014), 20–23.Gribova V., Fedorischev L., “Cloud service for development of virtual interactive environments”, International Conference on Advanced ICT for Education (ICAICTE) (Dalian, China, August 16–17, 2014), 20–23.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.