В партньорство с Центъра за градска мобилност и Столичната община ще реализираме пилотен сценарии за интегриран градски транспорт

Проф. д-р Десислава Петрова-Антонова е ръководител на изследователската област „Управление на данни“ и приложната област „Градове на бъдещето“ в Института GATE към Софийския университет „Св. Климент Охридски“. Нейният изследователски фокус е върху оперативна съвместимост и семантичното обогатяване на данните.

Тя ръководи пилотния проект „Цифров двойник на града“, в рамките на който се създава 3D информационен модел на София и се разработват анализи, симулации и визуализации на градските среда и процеси, свързани с параметрично градско планиране, качество на атмосферния въздух, пешеходна достъпност, ветрови комфорт на пешеходците и др. Как всичко това ще подобри начина ни живот в големия град, питаме проф. д-р Десислава Петрова-Антонова.

- Професор Петрова, GATE e първият център за големи данни и изкуствен интелект в Източна Европа – какво всъщност стои зад тези термини?
- Институтът „Големи данни в полза на интелигентно общество” (GATE) е първият център за върхови постижения в България, който работи за интегриране и разширяване на научните постижения и иновации в приоритетни области като големите данни и изкуствения интелект на регионално и европейско ниво. Той е съвместна инициатива между Софийския университет „Св. Климент Охридски“, Технологичен университет „Чалмърс“, Швеция – европейска институция с богат опит в научните изследвания, образованието и иновациите в областта на големите данни и изкуствения интелект, и Чалмърс индустриални технологии, Швеция – лидер в управлението на иновациите, сътрудничеството между университет и индустрия и трансфера на технологии.

- Разкажете ни какво значат областите - Градове на бъдещето, Цифрово здравеопазване, Умна индустрия и Интелигентно правителство.
- Това са четирите стратегически приложни области, в които научните изследвания и иновациите в GATE са организирани.. Те са посочени в Стратегията за интелигентна специализация на България като обществено значими сектори, в които големите данни и изкуственият интелект обединяват усилията на изследователи, предприемачи, политици, бизнес организации и граждани за изграждане на основани на знанието икономика и общество. В „Градове на бъдещето“ екипът на GATE разработва проект „Цифров двойник на града“ в пилотния Район „Лозенец“. „Цифровият двойник“ е инструмент за проектиране, експериментиране и оптимизиране на градската среда и процеси. В областта на Цифровото здравеопазване GATE фокусира усилията си върху разработването на методи със средствата на изкуствения интелект за прецизна диагностика. Например, разработваме модели, които използват данни, събрани по неинвазивен за хората начин, за да анализираме и предскажем вероятността за развитие на Алцхаймер или достигнатата фаза на развитие на заболяването. Интелигентното правителство е област, в която научните задачи са свързани с дезинформацията и културното наследство. В областта на Умната индустрия GATE си сътрудничи с водещи компании в изпълнението на европейски проекти. Такъв е например enRichMyData, който цели да разработи цялостна парадигма и иновативна платформа за създаване на висококачествени набори от данни, които да захранват следващо поколение системи с изкуствен интелект.

- 3D моделът на града как ще бъде от полза за гражданите? Кога той ще обхване и другите райони на столицата, не само „Лозенец“?
- 3D модела на града непрекъснато се обогатява с данни от разнородни източници и е основа за реализацията на различни сценарии, свързани с градските процеси и явления, включително въздействието на климатичните промени. 3D моделът следва отворен стандарт – CityGML, предложен от Open Geospatial Consortium (OGC). Той представя както геометрията на сградите, така и техните характеристики – етажност, функция, клас, височина, тип на покрива и др. В момента се разработва следващо ниво на детайлност, при което геометрията ще включва и конструкцията (плоска, скатна, куполна и др.) на покривите. Това ще ни позволи да изследваме потенциала на покривите за поставяне на соларни панели, озеленяване и др. мерки, които ще подобрят градската среда.

- Споменахте оптимизиране на градската среда, знаем, че работите върху енергиен атлас на София - за какво ще служи?
- През последните години ставаме свидетели на увеличение на температурите в градска среда и появяването на т.нар. острови на топлина. В контекста на проблемите, свързани с тях, GATE изследва причините за появата и влиянието им върху градската среда в София. Проучванията са базирани на числовия модел за предсказване на времето Weather Research and Forecasting (WRF) и наличните данни в града за потреблението на електроенергия, трафик, население и др. Енергийният атлас е част от тези проучвания. Той показва предсказана горна и долна граница на консумация на електроенергия за различни класове сгради, получена от анализ на отворени данни от Агенцията за устойчиво енергийно развитие. Енергийните параметри, които визуализира, ще се използват при анализа на островите на топлина, тъй като консумацията на енергия от сгради и трафикът оказват пряко влияние върху температурата на средата.

- Всъщност каква е ролята н градското планиране за подобряването на качеството на живот в града?
- Параметричното градско планиране е мощен инструмент за подобряване на градската инфраструктура. В това направление GATE в сътрудничество със Столична община и Софияплан разработва модели и анализи в контекста на 15-минутния град. Например, местоположението на детските градини в Столична община не е разпределено по начин, който да удовлетворява нуждите на гражданите. Съществуващата мрежа от детски заведения е не само с недостатъчен капацитет, но и териториално неравномерно разпределена от гледна точка на местоживеене и възможност за пешеходна достъпност. Записването на децата в детски заведения извън границите на кварталите води до негативни ефекти като например натоварване на иначе балансирана социална инфраструктура в съседни квартали и създаване на допълнителен автомобилен трафик поради. Адресирайки този проблем, GATE разработва инструмент за автоматизирана оценка на недостига на детски заведения и препоръчване на оптимално разположение на нови такива с цел удовлетворяване на нуждите на гражданите в рамките на 15-минутно пешеходно разстояние. Платформата интегрира демографски данни, кадастрални данни за жилищните сгради, детските градини и ясли, данни за имотите и пешеходната мрежа, като отчита правилата и нормативите за устройство на отделните видове територии и устройствени зони. Подходът, който реализира, е приложим и за други типове социална инфраструктура като училища, здравни центрове, спирки на градски транспорт, както и за различни търговски обекти и бизнес услуги. Друг важен аспект от управлението на градовете е наблюдението на качеството на въздуха и предприемането на мерки срещу неговото замърсяване. Високите концентрации на замърсители имат директно влияние върху човешкото здраве и стандарта на живот в градските райони. Съществуващите станции за мониторинг на атмосферния въздух обаче измерват концентрацията на замърсители в отделни изолирани точки и предоставят данни с различна честота и качество. Предвид този проблем, GATE разработва платформа за пространствено-времеви анализ на качеството на въздуха в София. Тя предсказва качеството на въздуха във времето и на произволно местоположение чрез използване на методи, базирани на пространствени вероятностни и статистически анализи и такива с използване на изкуствен интелект. Прогнозите за концентрацията на различни замърсители интегрират данни от различни сензорни станции, като по този начин предоставят цялостна картина за градския въздух.

- Как изкуственият интелект ускорява решаването на проблеми, върху които работите?
- Изкуственият интелект позволява да бъдат разработени методи и инструменти, които могат да се използват за оптимизиране на процесите в града и подобряване на градската среда, както и да подпомогнат диагностиката и лечението на различни заболявания. Например, в контекста на града може да бъде предсказано замърсяването на въздуха във времето и пространството, както и идентифицирането на източниците за появата му. Това ще осигури информираност при вземането на решения и ефективност при прилагането на мерки за неговото предотвратяване. От друга страна, в съчетание с данни от здравеопазването, ще може да се определи риска от заболявания, влияещи се от качеството на въздуха като астма, белодробни заболявания, сърдечно-съдови заболявания и др.

- Логично следва да ви попитам къде се позиционираме в интелигентното здравеопазване и какво представлява пилотният проект, фокусиран върху лечението на Алцхаймер в рамките на проекта VELES, в който участвате – имаме ли вече резултати?
- В пилотния проект за болестта Алцхаймер разработваме модели за ранна диагностика и прецизна терапия. Например, с Оксфордския университет разработихме модел, определящ т. нар. невропатологичен профил на базата на клинични данни, които не са обвързани с инвазивни процедури като лумбална пункция. Целта е определяне на индивиди в предклинична фаза на болестта на Алцхаймер чрез съвременни методи от машинното самообучение. Предклиничната фаза на болестта на Алцхеймер се характеризира с появата на първите невропатологични промени в мозъка и липсата на клинична симптоматика. Подобна класификация е иновативен подход за определяне на невропатологичното състояние на даден индивид, независимо от симптомите на болестта, които често се появяват след дълга предклинична фаза. Класификацията се извършва в зависимост от три биомаркера, чието измерването е свързано с инвазивни процедури и високи разходи. Затова развиването на методи, използващи алтернативни характеристики и изследвания за индивида, които с достатъчна точност да определят ATN профила на индивида, е от съществено значение. Разработките ни за болестта Алцхаймер ще бъдат продължени и по проект VELES - нов Европейски проект за иновации в сферата на здравеопазването, чийто координатор е институт GATE. VELES ще развива авангардни технологии като големи данни, изкуствен интелект и интернет на нещата в полза на персонализираната медицина, информираното вземане на решения и подобряването на здравните услуги в Югоизточна Европа чрез създаване на регионално пространство от данни за интелигентно здравеопазване и устойчива местна екосистема. Проектът обединява 15 партньори от 7 страни, като фокусът му е върху България, Румъния, Гърция и Кипър. VELES е съществена поредна стъпка в стремежа на GATE като хъб на Международната асоциация за пространства от данни да стимулира базирана на данни национална и регионална икономика чрез инициирането на пространства от данни в стратегически сектори като здравеопазването.

- Първите магистри по „Технологии за големи данни“ ще се обучават при вас, каква е реализацията?
- Магистърската програма „Технологии за големи данни“ стартира през есента. Насочена е към подготовката на специалисти в областта на големите данни и изкуствения интелект, които могат да се реализират в професии на бъдещето, където технологиите подпомагат създаването на иновативни услуги и продукти в направления като здравеопазване, транспорт, икономика, финанси. Завършилите магистри ще могат да работят ефективно като аналитици и инженери на данни, експерти по машинно обучение и изкуствен интелект, учени в сферата на данните. Предвид постоянно разширяващата се палитра на икономически и социални приложения на големите данни, съвсем скоро вече няма да има професия или специалност, която да не се нуждае от подобна експертиза и неслучайно недостигът на специалисти в областта на управлението и обработката на данните бележи двуцифрен ръст всяка година.

- Пълен ли е вече екипът на GATE и ще обявявате ли конкурси за бъдещите изследователи?
- GATE периодично обявява конкурси за нови изследователи и интересът към нас става все по-голям. Това е естествен процес, тъй като приложните области на института са актуални и атрактивни, а проектите, в които е партньор стават все повече. Очакваме специалисти в областта на машинното обучение и изкуствения интелект, семантичните технологии, инженеринга и визуализацията на големи данни.

- Намерени ли са вече полезни за бизнеса приложения на научните ви резултати? 
- GATE има стратегическо партньорство с водещи софтуерни компании като Sap Labs Bulgaria, Ontotext, Bosch.io и др. Също така e тестов център на НАТО и като такъв ще предоставя експертиза и инфраструктура за тестване на технологии с двойно предназначение на стартиращи компании. От есента стартира нов проект за изграждане на общо Европейско пространство за данни в областта на градската мобилност с 45 партньора. GATE в партньорство с Центъра за градска мобилност и Столичната община ще реализира пилотен сценарии за интегриран градски транспорт. В него ще бъдат привлечени и доставчиците на „зелени“ услуги за придвижване.

- Увеличават ли се научните публикации на екипа на GATE?
- Да, с увеличаването на резултатите в изследователските области се увеличават и научните публикации, като от 2020 г. насам те нарастват двойно всяка година. Всички са индексирани в световните научни бази от данни и голяма част от тях, повече от 50% са с отворен достъп.

Визитка

Проф. д-р Десислава Петрова-Антонова е ръководител на изследователската област „Управление на данни“ и приложната област „Градове на бъдещето“ в Института GATE. Завършва Технически университет – София като магистър-инженер по компютърни системи през 2000 г. и доктор по системно програмиране през 2007 г. Тя се присъединява към катедра „Софтуерни технологии“ на Факултета по математика и информатика в Софийския университет като главен асистент, където става доцент през 2012 г., а през 2022 г. – професор. Ръководител е на магистърска програма „Технологично предприемачество и иновации в ИТ“. Успешно участва в редица европейски и национални научноизследователски проекти (повече от 30), като текущо е ръководител на два от тях. Автор е на повече от 80 научни публикации.