Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego rozwija się na Uniwersytecie Warszawskim od blisko 20 lat. Dziś to w rankingu centrów badawczych Webometrics jednostka sklasyfikowana na szóstym miejscu w Europie i 16. w świecie. ICM to ośrodek obliczeń naukowych, badań rozwojowych i wdrożeniowych, edukacji, centrum technologii informacyjnych, zasobów wiedzy oraz inicjatyw upowszechniających i promujących naukę.

Prognoza na dziś i za 100 lat

Sztandarowym projektem ICM UW, który najmocniej rozsławia jego imię, jest wielkoskalowe modelowanie komputerowe procesów atmosferycznych z zastosowaniem do prognozowania numerycznego pogody. Serwis meteo.pl służy do udostępniania prognozy z dwóch modeli atmosfery (UM i COAMPS) oraz modelu falowania WAM dla obszaru Europy Środkowej i Północnej. Średnio miesięcznie pobieranych jest 22 mln meteogramów, z których można odczytać m.in. temperaturę przewidywaną w danym punkcie, godzina po godzinie zmianę temperatur, opadów, zachmurzenia, a także widzialności w różnych warstwach mgieł. Dzięki integracji baz danych o warunkach atmosferycznych i modeli długofalowego prognozowania klimatu ICM dostarcza także narzędzi do formułowania prognoz wieloletnich w ramach badań nad zmianami klimatu (serwis klimat.icm.edu.pl).

Systemy prognoz pogody na ograniczonym obszarze są rozbudowanymi narzędziami informatycznymi przetwarzającymi informację o stanie początkowym atmosfery i prognozującymi jego ewolucję w czasie. Systemy te wymagają algorytmów zarządzania przepływem strumieni danych w rozproszonym środowisku obliczeniowym. Ważnymi elementami są wizualizacja danych i prezentowanie wyników na publicznie dostępnym portalu, archiwizacja wyników oraz ich weryfikacja. Udostępnianie prognozy pogody było i jest możliwe w wyniku prowadzonych w ICM prac rozwojowych związanych z portowaniem kodu na architektury dostępne w ICM i dostosowaniu modelu do całego obszaru Polski.

Modelowanie na lądzie, morzu…

Profesor Marek Niezgódka, dyrektor ICM UW

Nauka czasu powszechnej transformacji cyfrowej wciąż się zmienia: tworzeniu nowych wartości towarzyszy tendencja do natychmiastowego ich rozprzestrzeniania, i to w skali światowej – w sieci. Z jednej strony propagowane są wzorce traktowania każdej wartości jako potencjalnego towaru, wprowadzania na szeroką skalę różnych restrykcyjnych reguł – od ekscesywnego rozwoju prawnych regulacji mających chronić własność intelektualną, poprzez patentowanie wszystkiego, co możliwe. Coraz szersza staje się świadomość ograniczeń, wśród nich barier efektywności i hamulców innowacyjności, będących konsekwencją takich podejść, co manifestuje się rozwojem tzw. modeli otwartych udostępniania wyników publikowanych. Zanim wynik naukowy nabierze atrybutów towaru, stanowi dobro publiczne, a jego udostępnienie jest rodzajem zwrotu zobowiązań zaciągniętych na realizację badań. Przedstawiona wykładnia jest zaledwie uproszczonym zarysowaniem szerokiej gamy problemów, którym poświęcono wiele publikacji oraz inicjatyw społecznych o zasięgu globalnym.

Dla ICM idea otwartości jest nie tylko hasłem, od kilkunastu lat staramy się ją materializować, pokazując jak szeroko może ona służyć rozwojowi wiedzy i tworzeniu rozwiązań o wysokim poziomie innowacyjności. Pokazujemy niesprzeczność modeli otwartych udostępniania wyników badań naukowych z efektywnością, również ekonomiczną.

W przypadku ICM szereg działań w modelach otwartych przyniósł konkretne efekty badawcze, społeczne, a jestem przekonany, że i ekonomiczne. Dobrym przykładem jest zasięg wykorzystania udostępnianych przez nas numerycznych prognoz pogody, których odbiorcami są liczni przedsiębiorcy. Dziś stosowane przez nas podejście otwarte może wydawać się czymś oczywistym, ale kiedy rozpoczynaliśmy, w roku 1997, stanowiło ono wyjątek.

Skuteczność działania to w wydaniu ICM dążenie do unikania redundancji poprzez tworzenie i wdrażanie konkurencyjnych rozwiązań umożliwiających szeroką współpracę, a to właśnie jest istota idei otwartej nauki.

W ramach projektu PROZA (PlatfoRma wspomagania decyzji Operacyjnych ZAleżnych od Pogody), obejmującego szereg prac badawczych i rozwojowych, opracowano systemy wspomagające podejmowanie przez firmy i instytucje decyzji zależnych od stanu pogody. Prognozy tworzone przez ICM znajdują więc obecnie zastosowanie w ochronie środowiska (system informujący leśników o wilgotności ściółki leśnej wraz z informacją o potencjalnych warunkach wystąpienia pożarów lasów), jakości i bezpieczeństwa żywności (system informowania sadowników o możliwości wystąpienia przymrozków), porządku i bezpieczeństwa publicznego (bezpieczeństwo żeglugi), energetyce.

Prace badawcze i rozwojowe realizowane w ICM są prowadzone przez Sekcję Modelowania Środowiska Naturalnego, komórkę o kilkunastoletnim doświadczeniu w operacyjnym wykorzystywaniu współczesnych modeli numerycznych prognoz pogody. Część prac realizowało konsorcjum obejmujące Instytut Badawczy Leśnictwa, Instytut Ogrodnictwa, Instytut Oceanografii Uniwersytetu Gdańskiego. Ponadto ICM prowadzi współpracę z IMGW.

W wyniku realizacji projektu ulepszono jakość prognoz generowanych w ICM. Udoskonalono proces asymilacji danych obserwacyjnych. Opracowano systemy prognozujące szacowanie spodziewanej produkcji energii elektrycznej przez elektrociepłownie i wielkość produkcji energii wiatrowej, wykorzystując dane prognostyczne z modeli numerycznych prognoz pogody, dane klimatyczne o przeciętnych warunkach meteorologicznych panujących na farmie wiatrowej. Opracowano system prognozowania wystąpień gwałtownych zjawisk konwekcyjnych (burze, gradobicia, tornada), o dużym znaczeniu społecznym.

Robert Sot, zastępca dyrektora ICM ds. programów badawczych i rozwojowych, ICM UW.

ICM od początku jest interdyscyplinarny, a ta interdyscyplinarność jest niejako gwarantem pozyskiwania nowych kompetencji lub poszerzania już istniejących. Zaczynamy pracę z młodymi osobami o wysokich kwalifikacjach, a w wyniku dynamicznie rodzących się wyzwań interdyscyplinarnych kontynuujemy pracę z osobami o wysokich kompetencjach.

W sukcesie ICM uwagę zwraca nie tyle dotrzymywanie tempa sektorowi komercyjnemu i liderom tego sektora pod względem kwalifikacji, kompetencji i udostępnianej infrastruktury technologicznej, ile wyprzedzanie go. Staramy się mieć na uwadze zasadę, że kompetencje, które osiągnąłeś dziś, nie wystarczą jutro. Społeczeństwo informacyjne ze swoimi zasobami, które każdego dnia są poszerzane o kolejne dane, nie ma charakteru statycznego, lecz dynamiczny – staramy się dostosowywać do tej zmiany i ją wyprzedzać.

… i w powietrzu

Lotnictwo to także od lat obszar zainteresowania ICM. Centrum konsekwentnie buduje markę na rynku doradztwa lotniczego i kompetencje w tej dziedzinie. W toku prac związanych z modelowaniem i analizą ruchu lotniczego powstały m.in.: system wspomagania operacyjnego linii lotniczej, symulacja przepływów pasażerów przez Terminal 2 Lotniska im. Fryderyka Chopina, szereg analiz dla z Planu Rozwoju Lotnisk, analiza atrakcyjności koncepcji Boeing Sonic Cruiser, analiza procedur SID/STAR dla Warszawy czy optymalizacja i określenie stosowalności systemu podejścia tie-point. Prace realizowane są w ramach wewnętrznego programu B&R lub okazjonalnie we współpracy z m.in. PLL LOT, Polską Agencją Żeglugi Powietrznej, Urzędem Lotnictwa Cywilnego, Departamentem Lotnictwa MI, Boeingiem czy ICAO (Organizacja Międzynarodowego Lotnictwa Cywilnego).

ICM kontra układ zamknięty

Maciej Remiszewski, zastępca dyrektora ds. rozwoju i współpracy, ICM UW.

ICM od ponad 20 lat realizuje projekty badawczo-rozwojowe z różnym stopniem zaangażowania podmiotów komercyjnych i sektora publicznego. Jako interdyscyplinarne centrum mamy okazję angażować się w wiele dziedzin, w których doświadczenie specjalistów ICM pozwala adresować różnorodne wyzwania naszych partnerów, odbiorców, czy też klientów. Wypracowane w ten sposób metodologie współpracy znajdują zastosowanie w kolejnych projektach, zarówno w ich realizacji, jak i ich poszukiwaniu, czy wręcz kreowaniu. Na świecie obserwujemy obecnie rosnące zainteresowanie tematyką przetwarzania i analizy dużych zbiorów danych (Big Data), co uwidacznia potrzebę współpracy przedsiębiorstw ze środowiskiem naukowym. Istotną kompetencją jest umiejętność zrozumienia i przełożenia potrzeb biznesowych na język matematyki, tak aby projekty badawcze przynosiły wymierne korzyści przedsiębiorcom. Ważną częścią działalności ICM w tym zakresie jest wymiana doświadczeń z innymi czołowymi centrami obliczeniowymi w Europie, takimi jak chociażby Hartree Centre w Wielkiej Brytanii, Barcelona Supercomputing Center w Hiszpanii czy KNOW Center Graz w Austrii. Również Komisja Europejska dostrzega w zacieśnieniu współpracy środowiska naukowego z biznesem i administracją publiczną wielką szansę na podniesienie konkurencyjności. Znajduje to odzwierciedlenie w europejskich programach ramowych, jak również polskich programach operacyjnych, w których ICM realizuje szereg projektów we współpracy z sektorem komercyjnym i publicznym.

ICM wykracza w swoich projektach i inicjatywach dalej, próbując znaleźć zastosowanie dla aparatu analityczno-badawczego do rozwiazywania problemów społecznych. Świeży przykład stanowi SAOS (System Analizy Orzeczeń Sądowych).

Projekt realizowany w konsorcjum z organizacjami pozarządowymi i instytucjami publicznymi podejmuje problem niskiej świadomości prawnej polskiego społeczeństwa. Obywatele nie wiedzą, co jest zgodne z przyjętymi normami prawnymi, a co jest z nimi sprzeczne. Brak wiedzy sprawia, że pozycja obywateli jest słaba w stosunku do władzy i administracji. W efekcie władze pozbawione są społecznego nadzoru.

Celem projektu jest zwiększenie dostępności informacji o prawie, które „ukryte” są w orzecznictwie sądowym. Służy temu systemu ponownego wykorzystania informacji zawartych w orzeczeniach (re-use). Efektem projektu SAOS jest internetowy serwis prezentujący w sposób ujednolicony orzeczenia sądowe z różnych, rozproszonych źródeł danych. Opracowana została też wstępna struktura dokumentu elektronicznego dla wymiaru sprawiedliwości, ale jednym z istotniejszych elementów projektu było przygotowanie „wzorcowego” API dla procesu udostępniania orzeczeń oraz informacji dodatkowych zarówno dla potrzeb dalszego ich przetwarzania, jak i dla potrzeb stworzonych w ramach projektu narzędzi analitycznych.

Dane na temat orzeczeń pochodzą z sądów powszechnych, orzeczeń Sądu Najwyższego oraz Trybunału Konstytucyjnego. Konkretnym efektem projektu ma być stworzenie narzędzi analityki publicznej, które będą wykorzystane m.in. w procesie legislacyjnym – np. przez obywateli biorących udział w konsultacjach publicznych, przez organizacje pozarządowe, ale też (w postaci Oceny Skutków Regulacji) przez administrację publiczną.

Obecnie zakończono prace nad stworzeniem narzędzi do gromadzenia i aktualizacji treści orzeczeń, zbudowano indeks, wyszukiwarki oraz API, prototypy modułów analitycznych wykorzystujących dane gromadzone w systemie, a także interfejs użytkownika.