Математика толпы: ученые из Петербурга, Амстердама и Бангалора провели эксперимент с самым большим в мире количеством участников

Математика толпы: ученые из Петербурга, Амстердама и Бангалора провели эксперимент с самым большим в мире количеством участников

Ученые из Университета ИТМО совместно с коллегами из ряда зарубежных вузов завершили эксперимент по сбору данных на индуистском празднике Кумбха-мела, который является одним из самых массовых фестивалей на Земле. Полученные сведения помогут более эффективно изучать городские процессы и прогнозировать поведение людей при проведении массовых мероприятий.

В ходе религиозного фестиваля Кумбха-мела («праздник кувшина») миллионы верующих совершают паломничества к священным городам индуизма. Каждые три-четыре года их целями поочередно становятся города Аллахабад, Харидвар, Удджайн и Нашик, в которых они совершают обряды массового омовения в местных реках. Кумбха-мела собирает в одном месте рекордные количества людей: по сообщениям СМИ, в этом году Удджайн посетили около 70 миллионов пилигримов.

Во время фестиваля группа ученых, в состав которой вошли представители Университета ИТМО, Индийского научного института и Амстердамского университета, провела в Удджайне эксперимент по сбору данных о поведении толпы в местах массовых скоплений людей. НИИ наукоемких компьютерных технологий Университета ИТМО совместно с иностранными коллегами работает над созданием математических моделей сложных социальных систем для того, чтобы предсказывать их поведение и научиться на него влиять, и Кумбха-мела стала для них источником уникальной информации.

Религиозный фестиваль Кумбха-Мела (Индия). Источник: kumbhmela.com
Религиозный фестиваль Кумбха-Мела (Индия). Источник: kumbhmela.com

«В толпе может произойти масса непредвиденных событи: кто-то куда-то побежал, возникла паника, люди могут начать давить друг друга. Мы используем такие сценарии при моделировании поведения социальных систем в НИИ НКТ, например, для описания процесса эвакуации с недостроенного стадиона „Зенит-Арена“. Однако в России трудно собрать в одном месте 50 миллионов человек и посмотреть, что и как будет происходить в действительности, в Индии же это происходит регулярно. У нас была возможность понаблюдать за тем, как организовано управление потоками людей в условиях сверхмассовых скоплений, чтобы использовать эти знания в дальнейшем», — рассказывает магистр кафедры высокопроизводительных вычислений (ВПВ) Ксения Мухина, принявшая участие в проекте в рамках подготовки своей научно-исследовательской работы.

Исследователи самостоятельно записали десятки часов видео, с разрешения местных официальных служб собрали записи стационарных камер видеонаблюдения, сделали тысячи фотоснимков, организовали сбор данных о динамике передвижения внутри толпы с помощью специальных датчиков — каждый из них отправляет в эфир свой идентификационный номер, а также запоминает ID тех датчиков, которые оказались поблизости. С помощью такого подхода можно выделить устойчивые связи внутри толпы и определить, где люди организовались в группы, кто стоит на месте, а кто активно передвигается по территории. При содействии студентов индийских вузов был также проведен ряд опросов, в результате которых ученым удалось собрать сведения не только о потоках перемещения людей, но и о том, как они взаимодействуют друг с другом.

Русские исследователи из НИИ НКТ с коллегами. Источник: личный архив
Русские исследователи из НИИ НКТ с коллегами. Источник: личный архив

«На протяжении целого месяца мы знакомились с многообразием языков, культур и воззрений, носителями которых являются паломники, съезжающиеся к берегам Шипры из разных концов страны. Для того чтобы повторить подобный опыт вне фестиваля, нам пришлось бы исколесить всю Индию, — рассказывает аспирант кафедры ВПВ Даниил Волошин. — Мы хотим заглянуть за сухие цифры и рассмотреть более подробно, что скрывается за видимым поведением людей, как они воспринимают свое участие в фестивале, как они собираются в группы и принимают совместные решения. Методология, которую мы использовали для сбора данных, основана на аналогичном пилотном исследовании, которое мы проводили в декабре. Отличие заключается в том, что процедура проведения интервью была модифицирована, структура вопросов была проработана с учетом полученного опыта и контекста фестиваля. В этот раз мы стремились получить более полные, продолжительные и богатые деталями интервью с паломниками, и с помощью наших индийских коллег мы планируем перевести, закодировать и проанализировать полученные данные в ближайшее время».

На основании первичных данных, собранных во время декабрьской координационной встречи в Удджайне, ученые на месте провели предварительное моделирование поведения людей на Кумбха-меле. Сложность в оперативной обработке связана с тем, что данные разрознены: с помощью известных источников информации можно контролировать динамику поведения системы только на отдельных участках.

«В декабре мы предварительно изучили планы города и зданий, но изначально у нас были только примитивные представления о том, как будет проходить праздник и как многомиллионная толпа будет себя вести. О валидации методик говорить пока рано, но, исходя из новых условий, мы попытались на месте воспроизвести то, что видим», — рассказывает инженер НИИ НКТ Андрей Карсаков.

Университет ИТМО. Сергей Иванов, Андрей Карсаков и Ксения Мухина
Университет ИТМО. Сергей Иванов, Андрей Карсаков и Ксения Мухина

«Во время праздника внутри храмов реализована достаточно четкая схема движения. В разных точках фестиваля мы установили видеокамеры и могли наблюдать за потоком людей в тех зонах, которые они покрывают. Но нам нужно видеть картину целиком, для чего мы провели предварительное моделирование. Мы сформировали набор правил и постарались откалибровать систему так, чтобы правила и результаты моделирования соответствовали данным, полученным с помощью камер», — добавляет старший научный сотрудник НИИ НКТ и руководитель международной лаборатории «Городская информатика» Сергей Иванов.

Накопление знаний о поведении сложных социальных систем поможет в будущем составлять более эффективные рекомендации для персонала, обеспечивающего безопасность на массовых мероприятиях. Кроме того, эти сведения могут и должны быть использованы при исследовании различных городских процессов — например, распространения различных заболеваний, добавляет директор НИИ наукоемких компьютерных технологий Александр Бухановский. Восстановить сеть распространения инфекций, передающихся половым путем, достаточно просто: заболевшие обычно могут вспомнить, от кого могли заразиться и кого могли заразить сами. Но, если речь идет о гриппе, воспроизвести процесс его развития можно, только изучая толпу.

«Это нужно не для того, чтобы определить, кто чихнул первым, а чтобы понять, насколько городские пространства и их организация способствуют тем или иным возможным сценариям распространения инфекций. Модель — это набор причинно-следственных соотношений между различными свойствами объектов, который формализуется в некой математической форме. То, что можно описать с помощью математики, можно записать и в форме, понятной компьютеру, и программа становится неким „ящиком“, в который кладешь что-то одно, а получаешь другое, — объясняет Александр Бухановский. — Такими свойствами могут быть скорость и направление людей в каждый момент времени, по которым строятся траектории передвижения, плотность толпы — количество людей на квадратный метр, скорость толпы, которая отличается от скорости отдельного человека. Имея точную модель, мы можем не только узнать, что происходит на ненаблюдаемых участках, но и предсказать, как система будет вести себя в будущем, то есть фактически использовать моделирование для составления прогноза».

Университет ИТМО. Александр Бухановский
Университет ИТМО. Александр Бухановский

Сергей Иванов комментирует, что из-за высокой плотности населения Индия представляет исследовательский интерес по многим направлениям — например, в сфере урбанистики, поэтому петербургские ученые планируют и в дальнейшем поддерживать контакт с коллегами из этой страны.

«Мы подали заявку на проведение еще одного исследования: хотим изучить, как проведение массовых мероприятий влияет на распространение болезней. Пока мы были в Удджайне, СМИ сообщали о массовом отравлении 40 приезжих из Японии, и такие ситуации тоже могут быть предметом изучения. Кроме того, индийцы очень интересуются технологиями. Вполне возможно, что наше сотрудничество продолжится в рамках следующей Кумбха-мелы, которая пройдет в 2019 году», — говорит исследователь.

Добавим, что подробнее об эксперименте Кумбха-мела и его участниках можно прочитать здесь.

Редакция новостного портала
Персоны
  • Александр Бухановский

    Директор научно-исследовательского института наукоемких компьютерных технологий Университета ИТМО, заведующий кафедрой высокопроизводительных вычислений Университета ИТМО

Архив по годам: