Компьютерная поддержка городской жизни

В этом году сентябрьский номер журнала Computer (IEEE Computer Society, Vol. 39, No. 9, September 2006) посвящен компьютеризации городской жизни (Urban Computing).

Тематическая подборка включает пять больших статей и вводную заметку приглашенных редакторов, в качестве которых выступили Ирина Шкловски (Irina Shklovski) и Мишель Чанг (Michele Chang). Вводная заметка озаглавлена «Компьютеризация жизни города: навигационное пространство и контекст» (Urban Computing: Navigating Space and Context).

Основная часть исследований в сфере компьютеризации относится к человеческой деятельности на работе или дома. Однако постепенно автоматизация охватывает и еще одно пространство пребывания людей — пространство между работой и домом. Компьютеризация, досаждающая людям в их личной жизни, носит еще более деструктивный характер в общественных местах; в то же время, хотя общественные пространства сложны с точки зрения компьютерных технологий, они доступнее частных пространств. Это обстоятельство обеспечивает громадный потенциал для исследований.

Первая большая статья тематической подборки, «Представление города: культурные измерения городской компьютеризации» (Imagining the City: The Cultural Dimensions of Urban Computing), написана Амандой Вильямс (Amanda Williams) и Полом Доуришем (Paul Dourish). В большинстве работ «город» представляется как обобщенная среда, изучаются характерные для нее явления и делаются выводы, применимые к любому городу. Но авторы данной статьи представляют города не в виде однородных усредненных сущностей, а в конкретном культурном и историческом контексте.

Слово «культурный» можно интерпретировать двояко. При использовании таксономического подхода считается, к примеру, что города Британии отличаются от городов США, Австралии или Азии. Таксономическое представление позволяет производить классификацию, но затрудняет углубленное понимание культуры. Авторы придерживаются генеративного (или толковательного) понимания культуры, полагая, что города отражают и воспроизводят культурные ценности. Например, антрополог Вильям Келлехер характеризует пространственную и экономическую организацию типичного города Северной Ирландии как место, обитатели которого создают его этническую и религиозную самобытность. Жители представляют свой город в соответствии с «культурным сценарием», разъясняющим их повседневную жизнь в исторических и этнических терминах. Географ Кейт Лилли пишет о том, как норманнские завоеватели воспользовались верой жителей английских городских жителей в то, что пространственная организация города представляет собой отображение морали. Преобразовав пространственную организацию городов, захватчики добились маргинализации англосаксонского населения.

Будучи культурными и историческими образованиями, города отражают наше видение мира. При генеративном представлении культуры внимание концентрируется на уникальных особенностях городов, но одновременно они связываются возрастающими потоками людей, продуктов, информации и капитала. Локальные городские процессы встраиваются в процессы культурного производства, происходящие в более широких пространственных границах. Вот как английский географ Дорен Мэсси писала об одной из торговых улиц Лондона: «Невозможно представить себе Kilburn High Road вне половины мира и значительной части истории британского империализма».

Сетевые инфраструктуры городов обеспечивают существование этих потоков, препятствуют им и направляют, порождая динамичную и разнородную городскую жизнь. Мэсси имела в виду не только о повседневный ритм городской жизни (перемещение людей и вещей) и эволюции городов (расширение границ городов и перемещение людей между городами и пригородами), но и о более широкие исторические связи людей из отдаленных мест.

Для описания культурных и исторических особенностей городов Мэсси ввела термин «геометрия движущей силы» (power geometries). Различные социальные группы и индивидуумы размещаются очень по-разному по отношению к этим потокам и взаимосвязям. Важно не только то, кто перемещается, а кто нет, но и движущая сила этих перемещений. Эта сила по-разному действует на разные социальные группы. Одни социальные группы инициируют потоки и перемещения, другие — нет; некоторые группы являются скорее приемной стороной, а некоторые полностью подчиняются этой силе.

Статью «Содействие развитию социальных сетей в городских округах» (Facilitating Social Networking in Inner-City Neighborhoods) представил Маркус Фот (Marcus Foth). Разработчики борются с социальными проблемами компьютеризации и построения сетей. В контексте электронного бизнеса и электронной коммерции они вынуждены постоянно совершенствовать поддержку взаимодействия людей. В междисциплинарной области коллективной работы с использованием компьютеров (computer-supported cooperative work) производятся инновационные продукты и решения, изменяющие методы работы людей. Однако бизнес-среда основывается на поддержке финансовых интересов, графиков работ и оплачиваемом коллективе. Организация такой среды часто бывает формальной и структурированной, и предприятия взаимодействуют на региональном, национальном и даже мировом уровне.

Среды, в которых функционируют новые социальные сети, носят совсем иной характер. Взаимодействия и контакты обычно добровольны и направляются общественными потребностями, персональными интересами, взаимной поддержкой и внутренней мотивацией. Кроме того, в случае социальных сетей, основанных на географической близости, оперативное взаимодействие пользователей происходит в общем для них месте: пользователи живут достаточно близко друг от друга, чтобы при желании встречаться в реальной жизни. Однако системам социальных сетей, основанным на территориальной близости, свойственны три проблемы. Во-первых, существующие решения, в лучшем случае, только приспосабливаются для использования в чисто социальных средах, поскольку исходная область их применения ограничена бизнес-контекстом. Это усиливает потребность в разработке специальных решений, настроенных для использования в социальной и территориально ограниченной среде. Во-вторых, всеобщее распространение новых сетевых и коммуникационных технологий привлекает внимание к природе сообщества, которое является одновременно и сетевым, и индивидуалистическим. Это непосредственно отражается на выборе концептуальных моделей социального взаимодействия, используемых при проектировании и разработке социальных сетевых систем. В-третьих, социальные сетевые системы для географически близких пользователей фокусируются на поддержке локального взаимодействия, что порождает дополнительные проблемы конфиденциальности, безопасности, контроля и т.д.

Автор статьи утверждает, что успех новых социальных сетевых систем для городских округов в большой степени зависит от возможности программного обеспечения стимулировать и поддерживать осмысленное взаимодействие территориально близких пользователей, а также обеспечивать интеграцию со способами взаимодействия, принятыми в существующих социальных сетях.

Авторами статьи «Разработка городских всеобъемлющих систем» (Designing Urban Pervasive Systems) являются Василис Костакос (Vassilis Kostakos), Имонн О`Нил (Eamonn O?Neill) и Алан Пенн (Alan Penn). Городские территории обеспечивают наибольшие возможности для всеобъемлющих систем и предъявляют к ним наиболее жесткие требования, хотя в исследованиях всеобъемлющих систем разработки для городов не слишком выделяются: до сих пор отсутствует фундаментальная теория, база знаний, принципиальные методы и инструменты проектирования и построения всеобъемлющих систем как интегрирующего элемента городского ландшафта.

Для выработки систематического подхода к разработке городской среды как интегрированной системы архитектуры и всеобъемлющих технологий требуется выборка знаний, теории и методов областей архитектуры и компьютерных наук. Ключ к этой междисциплинарной интеграции — концепция «пространства», под которым авторы статьи понимают не только физическую территорию или объем, но и общественные протоколы, соглашения и ценности, связанные с данным пространством. Авторы показывают (www.bath.ac.uk/comp-sci/pervasive/publications/dis04.pdf), что за счет структуризации пространства планирование городов играет важную роль при построении общества и общественного поведения. В исследовании синтаксиса пространств города представлялись как пространственные системы, создаваемые артефактами архитектуры и планирования города, и анализировались с целью выяснения того, как пространственная структура города соотносится с его функционированием. Синтаксис пространств использовался для изучения пешеходного и транспортного движения, землепользования, социально-экономических показателей, преступности и других функциональных аспектов.

При разработке всеобъемлющих систем как интеграционного аспекта планирования города авторы интересовались разработкой не только архитектурного пространства, в котором люди двигаются, совершают поступки и взаимодействуют, но также и пространств взаимодействий (для информации и услуг), которые люди обнаруживают и используют. Пространства взаимодействий поддерживают перемещения людей, их поведение и взаимодействия вместе с архитектурным пространством. При внедрении этих систем в общественную жизнь города возникают вопросы публичного и частного доступа к информации и сервисам, а также интерфейсов, поддерживающих оба вида доступа. Основой предлагаемого авторами подхода является концептуальный каркас, связывающий уровни публичности с тремя аспектами всеобъемлющих систем: пространство взаимодействий, создаваемое артефактами; архитектурное пространство, в котором располагаются эти артефакты; информация, к которой они обращаются или которой обмениваются.

Статья Джеспера Кьелдскова (Jesper Kjeldskov) и Джени Паая (Jeni Paay) называется «Общедоступный всеобъемлющий компьютинг: как сделать видимым невидимое» (Public Pervasive Computing: Making the Invisible Visible). Всеобъемлющая компьютеризация радикально меняет способ установления контактов людей между собой и с окружающей средой. Для общения и координации своей деятельности городские жители обычно используют мобильные телефоны, включая SMS, а смартфоны и КПК с доступом в Internet позволяют «на ходу» получать доступ к виртуальным сообществам и сервисам. Развертывание дешевых беспроводных сенсорных сетей позволяет мобильным сервисам адаптировать контент к физическому и социальному контексту пользователей. Например, некоторые службы знакомств дают знать подписчикам о находящихся поблизости потенциальных партнерах, соответствующих заданным характеристикам. Члены клубов могут при входе в помещение поднести свою электронную карту к считывающему устройству, чтобы определить местонахождение других членов своего клуба, а также узнать о наиболее популярных в настоящее время развлекательных заведениях.

Все эти тенденции побуждают исследователей человеко-машинных взаимодействий, а также социологов, городских архитекторов, планировщиков и дизайнеров экспериментировать с использованием технологий всеобъемлющей компьютеризации. Добавление цифрового слоя к физическому и социальному слоям может способствовать развитию новых форм взаимодействия, меняющих городскую жизнь. Два года назад на территории Площади Федерации в Мельбурне был начат междисциплинарный проект e-Spective. Популярные рестораны, кафе, музеи, галереи, магазины и площади компактно расположены около основной трамвайной линии и вблизи от центрального железнодорожного вокзала, поэтому площадь является доступным и удобным местом для встреч и общения. В структурной организации площади используются различные общедоступные цифровые технологии, создающие уникальное гибридное физически-виртуальное пространство.

Авторами статьи «Имитационное моделирование городского планирования: планирование для поддержки человеческих ценностей» (Simulations for Urban Planning: Designing for Human Values) являются Джанет Дэвис (Janet Davis), Гриннел Коллидж (Grinnell College), Пейина Лин (Peyina Lin), Алан Борнинг (Alan Borning), Батя Фридман (Batya Friedman), Питер Канн (Peter Kahn) и Пол Вэдделл (Paul Waddell). Муниципальные служащие, градостроители и городские жители вынуждены бороться с уличными пробками, излишним потреблением ресурсов, разрастанием городской территории и т.п. Решения о новых автострадах, расширении служб городского транспорта и правилах застройки часто противоречивы и дорогостоящи, а последствия этих решений носят долговременный характер. Во многих случаях ни градостроители, ни жители не удовлетворяются информацией о том, как различные альтернативы решений могли бы повлиять на будущее города, что является существенной помехой в процессе грамотного принятия решений.

В регионе, в котором рассматриваются возможности создания новой монорельсовой линии или автострады с потенциально большими затратами, необходимо учитывать то, как эти новшества повлияют на плотность дорожного движения. Лица, принимающие решения, должны пытаться понять потенциальные последствия альтернативных решений на застройку, транспортные службы и окружающую среду в течение следующих нескольких десятков лет.

Поскольку такие решения будут воздействовать на регион в целом в течение многих лет, имеет смысл предварять принятие решения по возможности точным анализом его долговременных последствий. Такой анализ может быть произведен на основе развитых имитационных моделей, позволяющих предсказывать долговременные эффекты альтернативных политик. Но данные являются только одним из элементов, на которых основывается процесс демократического принятия решений. Он предполагает публичное обсуждение альтернатив; поэтому система имитационного моделирования города помимо обеспечения точной информации должна способствовать пониманию соответствующей политики жителями города.

В статье описываются промежуточные результаты исследования методов формирования человеческого взаимодействия. Разработанная в Вашингтонском университете система имитационного моделирования города UrbanSim (www.urbansim.org) позволяет прогнозировать использование земельных участков и транспорта, а также влияние на окружающую среду различных политик и инвестиций на 20 лет вперед. Результаты работы представляются в виде показателей, таких как плотность населения и его занятость. Для поддержки использования систем имитационного моделирования города в общественных обсуждениях разрабатываются инструменты, обеспечивающие лучшее восприятие этих показателей градостроителями, жителями и другими заинтересованными лицами.

Представленная вне тематической подборки статья называется «Разработка основанных на понятиях пользовательских интерфейсов для научных вычислений» (Developing Concept-Based User Interfaces for Scientific Computing». Ее авторы — Джордж Чин (George Chin), Эрик Стефан (Eric Stephan), Дебби Грасио Debbie Gracio), Ольга Кучар (Olga Kuchar), Пол Уитни (Paul Whitney) и Карен Шухардт (Karen Schuchardt). Пользовательские интерфейсы для научных приложений обычно ориентируются на управление данными — от формирования и организации ввода данных до сбора и анализа результатов вычислений. Научная же теория, на основе которой выполняются преобразования входных данных, большей частью скрывается в программном коде.

Считается, что улучшить когнитивную обработку сложных сущностей можно, сделав структуру идей и знаний явной и доступной. Ученые часто «концептуализируют» проблемы и теории в графической форме. Используя различные инструменты — от пера и бумаги до компьютерных графических пакетов — они создают диаграммы и изображения, выражающие сложные понятия и процессы. Несмотря на различия в представлении, ученые могут понять и правильно проинтерпретировать графики и диаграммы, созданные их коллегами из той же области науки.

Графики и диаграммы предоставляют интуитивный, выразительный и универсальный язык; к сожалению, статические схемы, разрабатываемые с помощью обычно применяемых средств, не поддаются вычислительному анализу. Для представления знаний применяются семантические графы, использующие такие механизмы, как «карты разума» (mind map), концептуальные графы и семантические сети, позволяющие представлять концепты и их связи вершинами и дугами направленного графа. Графовые представления различаются, главным образом, способами пометки вершин и дуг, а также ограничениями, накладываемыми на проведение дуги между вершинами. В качестве механизма представления знаний семантические графы позволяют снизить когнитивную нагрузку, обеспечивают лучшее усвоение идей, чем при чтении текста, способствуют пониманию сложных понятий. Исследователи могут использовать семантические графы для организации и структуризации информации, доступа к существующим знаниям и обеспечения эффективной среды совместного использования знаний.

Графы удобны при разработке интеллектуальных пользовательских интерфейсов. Они могут оказаться полезными в качестве основного механизма представления знаний в компьютерных системах. В Pacific Northwest National Laboratory разработаны визуальные модели и парадигмы, которые могут использоваться учеными для фиксации и представления моделей в форме, пригодной для вычислительной обработки.

В ходе выполнения исследования авторы различными способами фиксировали, представляли и применяли научные модели. Зафиксированные научные модели могут быть логическими, выражая связи индивидуальных концептов при формировании теории более высокого порядка; аналитическими, представляя промежуточные или конечные результаты; или темпоральными, описывая экспериментальные процессы, в которых концепты исследуются с помощью физических или вычислительных методов. Разработчики моделей климата использовали среду Regional Climate Modeling Problem-Solving Environment (RCMPSE) для графического изображения процессов экспериментальной работы; результирующие диаграмм использовались на управления вычислительными экспериментами. Аналитики использовали Scenario and Knowledge Framework for Analytical Modeling (SKFAM) для фиксации текущих результатов анализа в форме графового сценария, который можно использовать для сравнения с ранее полученными сценариями для определения схожих исторических случаев. На основе использования этих систем изучались способы представления научной теории и практики и их применения в компьютерных системах.