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本技术介绍参考了以下链接
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2017年01月17日

通过超级计算机实现实时灾害恢复作业的调度
应用大数据数理分析基础技术,解决社会问题

国立大学法人九州大学(注1)(以下简称,九州大学)数学产业研究所(注2)与株式会社富士通研究所(注3)(以下简称,富士通研究所)共同开发了在灾害发生时生命线与交通网络等的恢复措施中,通过使用超级计算机,快速制定最佳恢复作业调度安排的技术。

背景

发生大规模灾害时,常常诱发道路断裂等次生灾害,由于这些突发状况都是短时间内发生,因此需要快速制定并执行避难、疏导、重建计划等应对措施。为实现该目标,需要利用灾害状况数据与地理信息数据等庞大的数据实时计算出最佳计划方案。

课题

灾害发生时,在生命线等恢复作业中,需要考虑工作顺序的限制、工作中共同作业时工作人员间的相互依赖、个人的劳动时间和技能等,因此在复杂条件下快速高效制定最佳作业安排并非易事。伴随重大灾害的发生,恢复作业规模变大、范围变广。在对其进行的应对措施中,迄今为止未对大规模的恢复作业安排进行过优化计算。

研究概要与开发的技术

九州大学数学产业研究所数学理论先进软件开发室的富士通社会数理共同研究部与富士通研究所,共同开发出了在实际的复杂状况下,可快速计算灾害发生时恢复作业中的人员配备及调度安排的数理优化算法,从而实现了基于超级计算机的实时计算。

本次,从庞大的作业安排影响因素中,抽取考虑了工作优先顺序、共同作业、分管地区优先、劳动时间规定等众多复杂的限制条件,开发出了可快速高效制定最佳工作安排的局部搜索算法。

开发的算法通过在九州大学信息基础研究开发中心(注4)的高性能演算服务器系统中,使用富士通的PC服务器“FUJITSU Server PRIMERGY CX400”执行高效的并行计算,实时计算出工作调度安排。

目前,该研究正在通过使用国立研究开发法人 科学技术振兴机构(JST)战略性创造研究推进事业CREST“Post-Petascale系统中超大规模图形优化技术”开发的软件“用于实现共享存储型多处理器计算机系统的高性能并行技术”,进行性能验证。

另外,局部搜索算法的研究开发,获得了独立行政法人日本学术振兴会(JSPS)科学研究费补助金“科研费26730010”提供的部分资助。

效果

用于506个恢复点、64个工作组时,在满足限制条件的前提下,3分钟便可完成恰当的恢复作业调度的计算,该时间满足实际应用的时间。基于该算法,在大规模灾害发生时,可根据受灾状况、恢复作业进展情况迅速提供最新的参考计划。

另外,本次开发的算法和计算环境还适用于流通和物流中的配送调度及相应的作业调度和人员配备。有望能够按照配送时的拥堵状况等制定出详细的配送计划。

图1

图 恢复作业路线例子(37个地方、6个工作组)


今后

九州大学数学产业研究所与富士通研究所将继续对实际应用时所面临的问题,如可实时收集灾情、作业情况等数据的数据应用基础技术展开研究。同时,还会将该技术应用于地方政府等的防灾工作中。目标于2017年以后投入实际应用。

注释

注1 国立大学法人 九州大学:
校长 久保 千春
所在地 日本福冈县福冈市西区元冈744号
注2 数学产业研究所:
所长 福本 康秀
所在地 日本福冈县福冈市西区元冈744号
亚洲首个产业技术相关的数学研究基地,除了设有产业数学理论研究部外,还设置了“数学理论先进软件开发室”,开展理论软件的实际安装与发布。 2014年9月,为了解决社会问题,成立了加强数理技术研究开发的“富士通社会数理共同研究部”,推动数据活用数理技术与社会科学研究相结合的研究活动。
注3 株式会社富士通研究所:
社长 佐佐木 繁
总公司所在地 日本神奈川县川崎市
注4 国立大学法人 九州大学 信息基础研究开发中心:
中心负责人 谷口 伦一郎
所在地 日本福冈县福冈市东区箱崎6-10-1