Utvecklingsplan för temaområdet
”Matematisk Modellering och Systemsamverkan”

 

Del 1: Beskrivning av Temaområdet

Inriktning, problemställningar, ämnesområden och, metodfrågor:

Temaområdet ”Matematisk modellering och Systemsamverkan” bildas genom utveckling av samarbetet mellan ”International Centre for Mathematical Modelling”, http://www.msi.vxu.se/forskn/ICMM.htm (ICMM) och “Centre for Information Exchange and System Collaboration” (CCST). med stöd från ”Webservices Competence Center” (WSCC, http://wscc.info) och LOIS rymdprojekt (http://www.lois-space.net ).

Matematisk modellering är ett starkt område vid VXU och har en central roll med självständig forskning som bildar grund för eller stöder grundläggande och tillämpade ämnen inom natur-, teknik- och samhällsvetenskap. År 2000 utsågs Matematisk modellering till ett av 5 profilområden vid VXU. Under det innevarande året utvärderades profilen och fick därvid mycket hög uppskattning av bl.a. externa sakkunniga. Profilen har förstärkt kopplingen till tillämpade ämnen, bl.a. datalogi och språkteknologi, samt skog och trä, bioenergi, maskinteknik (särskilt ”Tunga Fordon”).

Ett av de viktigaste syftena för temaområdet är att utveckla matematiska modeller inom teknik-, natur- och samhällsvetenskap vilket medför en stark koppling mellan temaområdet och olika ämnen: matematik, tillämpad matematik, fysik, elektroteknik, datalogi, informatik, maskinteknik, byggteknik, reglerteknik och nationalekonomi. Matematisk modellering ger möjlighet att (genom matematiska beskrivningar) modellera komplicerade processer i natur- och samhällsvetenskaperna (inom det senare, särskilt ekonomi). Den matematiska modelleringsmetoden är mycket viktig i modern ingenjörsvetenskap. Man kan göra stora finansiella och materiella vinster eftersom man inte behöver realisera sina konstruktioner för att testa dem; man gör det istället med hjälp av datorer.

Ett annat viktigt mål är att utveckla ny teknik som underlättar samverkan av olika typer av IT-system. Företag, organisationer, högskolor och myndigheter är inte längre självständiga och isolerade enheter. Globaliseringen kräver att dessa typer av organisationer samarbetar med varandra, att de bildar nätverk för utbyte av information, ideer och produkter. Denna utveckling ställer nya krav på de tekniska IT-system som organisationerna använder. Systemen måste kunna bilda nätverk och utbyta information med motsvarande system hos de andra aktörerna. Med Tekniker för Systemsamverkan menas de tekniker som möjliggör att olika typer av information på ett flexibelt, effektivt och säkert sätt kan utbytas mellan ett antal samarbetande, men inte nödvändigtvis likartade, (IT-) system.

Det nya temaområdet kombinerar forskningen i Matematisk modellering och Systemsamverkan, vilka båda har modellbildning som grund. Forskningsområden av gemensamt intresse har identifierats vilket har manifesterats i gemensamma ansökningar. Det finns härigenom goda förutsättningar för samarbete: gemensamma ansökningar för externa medel, doktorander, post-doc och kurser på forskar- och grundutbildnings­nivån. De två gruppernas nätverk kompletterar också varandra på ett verkningsfullt sätt.

 

Strategi för temaområdes utveckling:

• Utveckling av matematiska modeller för kvantinformation (särskilt kvantkryptering) användbara inom en rad olika områden; numerisk simulering av konstruktioner.
• Utveckling av matematiska modeller för akustiska och elektro­magnetiska vågor.
• Delta aktivt i LOIS-projektet.
• Samarbeta med VXU-forskarna inom trådlös kommunikation.
• Samarbeta med temaområdet Trä- och energiteknik särskilt genom projekten: a) ”Tunga Fordon” och b) ”Icke-förstörande bestämning av träkvalitet med smarta sensorer. ”
• Samarbeta med Centrum för Arbetsmarknad, Internationell Emigration och etniska relationer samt Centrum för industriell konkurrenskraft.
• Utveckla koppling mellan matematisk modellering och datalogi, bl.a. programarkitektur, inklusive kvantdatorer och språkteknologi, exempelvis statistiska metoder.

Nationellt och internationelll samarbete samt nätverk:

Temaområdet samarbetar med ungefär 30 universitet, bl.a. Chalmers, Lund, KTH, Linköping, Tokyo, Rom, Moskva, St. Peterburg, Bonn, Denver, Boulder, Barry, Bordeaux, Santander, London, Keele; olika institutioner, bl.a. Atominstitut i Wien och, Drittes Physikalisches Institut, Göttingen och några laboratorier, bl.a. Bell’s Lab (Lucent Tech.,New Jersey), Photonic Lab (Boston Univ), Quantum Information Lab. (Univ. of Illinois). Det finns stark koppling till EU-nätverk i ”Kvantsannolikhetsteori med tillämpningar i fysik, biologi och ekonomi” och ett skandinaviskt nätverk inom ”Quantum dots”.

 

Mervärden för universitetet:

En positiv utveckling av temaområdet medför ökning av den ämnesmässiga integrationen och externfinansieringen av forskningen samt ger större möjligheter att skapa forskningsmiljöer som producerar högkvalitativ forskning.

Ämnesmässiga integrationen. Temaområdet kan spela en fundamental roll i integrationen mellan en stor del av de ämnen som bildar MSI: matematik/tillämpad matematik, fysik, signalbehandling, datalogi, trådlös kommunikation, reglerteknik och språkteknologi. Det finns möjligheter för samarbete med Ekonomihögskolan inom matematiska modeller i nationalekonomi. Det pågår redan ett samarbete med TD genom de två viktiga projekten: ”Tunga Fordon” och ”Icke-förstörande bestämning av träkvalitet med smarta sensorer”. I framtiden planeras att hitta gemensamma vetenskapliga problem inom bioenergiområdet.

Externfinansiering av forskningen: Temaområdet har en grundläggande roll som centrum för samarbete mellan många ämnen och ger en grundläggande vetenskaplig bas för många ansökningar i ämnen som t.ex. trådlös kommunikation, reglerteknik, datalogi och språkteknologi, samt för tvärvetenskapliga projekt, t.ex. icke-förstörande bestämning av träkvalitet med smarta sensorer liksom tunga fordon. Vidare kan Temaområdet ge stöd i form av särskilda satsningar till projekt samt finansiellt stöd för arbete med projektansökningar och för projektanställda doktorander. Sådana satsningar är särskilt viktiga i början av en ansökningsprocess eftersom preliminära resultat oftast är en förutsättning för framgång i ansökningen. Kopplingen till grundläggande ämnen med närhet till tillämpningsämnen är också ett gott argument i ansökningen.

Forskningsmiljö som producerar högkvalitativ forskning: Forskningsmiljön som ska utvecklas med hjälp av temaområdet kombinerar både teoretisk och tillämpad forskning med kärnan runt modellbildning i olika vetenskapsområden.

 

Del 2. Plan för utveckling av temaområdet

Seniora forskare/doktorander:

Det nuvarande finansieringssystemet garanterar inte ett fyrårigt stöd för temaområdet: Därför kommer inte doktorander att anställas där temaområdet står för hela finansieringen. Å andra sidan, kan det behövas delfinansiering av doktorander för några projekt (bl.a. externa) som är nära kopplade till temaområdet. Den största delen av forskningsmedlen ska därför satsas på seniora forskare och postdoctjänster samt projekt­anställningar. Avsaknaden av postdoctjänster har blivit akut vid VXU och temaområdet ger ganska många möjligheter att attrahera högkvalificerade sökanden till postdocanställningar. För att få större frihet i planeringen anges ingen konkret uppgift om fördelningen mellan seniora forskare och postdoc, samt delfinansiering av doktorander.

 

Infrastruktur, utnyttjande av internationella nätverk, samverkande företag, externa finansiering möjligheter:

Temaområdet ska fungera som ett centrum för samarbete mellan olika forskningsgrupper som driver olika projekt baserade på matematisk modellering och systemsamverkan. Sådana projekt ger möjligheter för externfinansiering genom kontakter med såväl samverkande företag som nationella och internationella vetenskapliga samarbetspartners. Det finns redan en rad av pågående projekt som är mycket starkt kopplade till temaområdet. De största satsningarna planeras till dessa projekt, särskilt där det finns stora möjligheter för ansökningar för externfinansiering, se del 3 för detaljer.

Matchande industrier: ABB Automation Technologies, Öresundskraft, ESE Technique AB, Sivers IMA AB, Rottne Industri AB, J G Anderssons Söner AB, Södra Skogsägarna, VIDA AB, AerotechTelub AB, Chelton Applied Composites AB, Flextronics.

Akademiska partners : LTH (institutionen för industriell elektroteknik och automation, samt institutionen för elektrovetenskap, avdelningen för elektromagnetisk vågutbredning), Lunds Universitet (matematisk institution), KTH, Chalmers, Trätek/Statens Provningsanstalt, Skogforsk och Sveriges lantbruksuniversitet, Uppsala universitet, Linköpings universitet, Kalmar Högskolan, BTH

För den regionala samverkan planeras kurser för personalen inom företag i regionen. Det finns redan positiva erfarenheter av sådant arbete. Under 2003 hölls en kurs i akustik i samarbete med Teknikcentrum Kronoberg för främst regionala företag, bl.a. Atlas Copco Rock Drills, Fläkt Woods, Gremo, Kalmar Industries, Metso Dynapac, Rottne Industri, Svetruck, Volvo Articulated Haulers, Volvo Construction Cabs. Företagen är medlemmar i klustret Tunga fordon.

I framtiden kommer ”Sydostsamarbetet”, bl.a. i matematisk modellering att spela stor roll. Det finns planer på att bygga ett gemensamt Centrum för ”Icke-linjär matematisk modellering”, inom VXU, HIK och BTH. Ett sådant samarbete ska även kopplas till samarbetet i reglerteknik mellan VXU och HIK.

Den vetenskapliga seminarieverksamheten i ”Matematisk Modellering” samt ”Informationssystem och Medieteknologi.”, är omfattande, se http://www.vxu.se/msi/forskn/seminarie/. Detsamma gäller konferenser och workshops, se http://www.vxu.se/msi/aktuellt/konferens/, som är både nationella och internationella. Den positiva erfarenheten av detta långvariga arbete gör det trovärdigt att gästforskare och gästföreläsare ska ge temaområdet stora möjligheter att samarbeta med forskargrupper på högsta internationella nivå. Även för den fortsatta inre uppbyggnaden och integrationen kommer seminarier och konferenser att spela en central roll

Slutligen bör det påpekas att utbyggnaden av temaområdet ”Matematisk Modellering och Systemsamverkan” är helt i linje med målen i universitetets gällande utvecklingsplan. Där står det bl.a. att ”En betydande del av universitets forskning skall rymmas inom ett fåtal övergripande områden där strävan skall vara att placera sig i den nationella och internationella forskningsfronten”.

Del 3. Detaljerad forskningsplan för perioden 2006-2008.

Som redan påpekats i del 2, ska temaområdet fungera som ett centrum för samarbete mellan olika forskningsgrupper som bedriver olika projekt baserade på matematisk modellering och systemsamverkan.

Som prioriterade projekt under nästa tre år planeras:

 

1) Känslighetsanalys och optimala mätningar för inversspridning

Projektbeskrivning: Projektet behandlar känslighetsanalys och optimala mätningar för inversa spridningsproblem. Vi använder matematiska och numeriska metoder inom elektromagnetisk fältteori, estimeringsteori samt optimeringsteori för att studera hur man kan kvantifiera informationsmängden i mätningar samt hur mätningarna kan designas så att man får maximalt med information. Vi kommer att använda tillämpningar för invers spridning där vi har stor erfarenhet och tillgång till mätdata, t.ex. mikrovågstomografi, holografisk mikroskopering och icke-förstörande testning på levande träd, för att få realistiska problemställningar av stort värde. Projektet skulle spela huvudrollen i samarbete mellan MSI (matematik och elektro) och TD (skog och trä).

Samarbetspartner: ESE Technique AB, Sivers IMA AB, Rottne Industri AB, J G Anderssons Söner AB, Södra Skogsägarna, VIDA AB. Akademiska partners är bl.a. Trätek/Statens Provningsanstalt; Skogforsk och Sveriges lantbruksuniversitet; Lunds Tekniska Högskola, institutionen för elektrovetenskap, avdelningen för elektromagnetisk fältteori; Uppsala universitet, Institutionen för ingenjörsvetenskap.

Extern finansiering: Stöd från Vetenskapsrådet: 648 kkr/år, fördelas 50/50 mellan VXU och LTH

Personer i projektet: Sven Nordebo, Börje Nilsson, Hans Petersson, Harald Säll, doktorand Therese Sjödén (finansiering inom gamla profilen Matematisk Modellering), doktorand Sara Petersson. (finansiering inom avdelning i matematik MSI).

Rekrytering: Det diskuteras möjligheten att ha en doktorand eller postdoc-tjänst som finansieras gemensamt av båda MNT-temaområdena.

 

2) Validation of Metrics-Based Quality Control

Projektbeskrivning: Kvalitet är ett begrepp som är intuitivt men mycket svårt att konkretisera och mäta. Målet med projektet "Validation of Metrics-Based Quality Control" är att, på ett enkelt och objektivt sätt, kunna utvärdera kvaliten hos en given programvara utifrån befintliga industristandarder för kvalitetssäkring. Projektet kommer att drivas i nära samarbete med våra industripartners. Det teoretiska fundamentet för våran ansats är en sk kvalitetsmodell, en matematisk modell som gör det möjligt att konkretisera (och därmed mäta) faktorer som påverkar kvaliten hos en programvara. Syftet med detta projekt att utveckla och utvärdera en sådan kvalitetsmodell.

Relevansen hos detta projekt blir än mer uppenbar då man betraktar de senaste trenderna inom programvaruutveckling där större system konstrueras genom att sätta samman olika delsystem (befintliga eller utlagda på entreprenad). Att garantera en viss kvalitet hos den sammansatta produkten är i sådana situationer mycket svårt eftersom kvalite inte kan "adderas". Ett effektivt sätt att mäta kvalitén enligt en allmänt accepterad industristandard vore därför av stort värde.

Samarbetspartner: AerotechTelub, Alstom Power Sweden, Artisan Global Media, Windh

Personer i projektet: Welf Löwe och Rüdiger Lincke

Rekrytering: delfinansiering av doktorandstjänst: - 80% for a PhD student, until we get support from a funding agency (KK foundation)

 

3) Induktiv syntaktisk dependensanalys av texter på naturligt språk

Projektbeskrivning: Ett alltmer påtagligt problem i det moderna informationssamhället är attur den ständigt växande floden av information vaska fram den kunskap man är intresserad av. För att hantera detta problem behöver vi bättre verktyg för att automatiskt söka, filtrera, extrahera och förädla information. Den största delen av den information som finns tillgänglig i digital form, t.ex. på webben, utgörs alltjämt av texter på naturligt språk såsom svenska och engelska, vilket innebär att en viktig del av de verktyg vi behöver för informationsåtkomst är verktyg som kan hantera naturligt språk, t.ex. kategorisera textdokument, extrahera information ur dem, översätta dem och i bästa fall även tolka dem innehållsmässigt.

 

En nödvändig förutsättning för att kunna tolka texter på naturligt språkär att vi kan analysera deras grammatiska struktur, åtminstone den del av den grammatiska strukturen som är väsentlig för den innehållsmässiga tolkningen. Inom detta projekt studeras nya tekniker för automatisk grammatisk analys av naturliga språk, som bygger på dependensgrammatik. Dependensgrammatik är en semantiskt baserad teori om grammatisk struktur, som ursprungligen utvecklades av den franske språkvetaren Lucien Tesnière. På senare år har dessa idéer formaliserats och kombinerats med effektiva algoritmer och statistiska metoder för maskininlärning för att förbättra såväl precision som effektivitet vid grammatisk analys. Dessa metoder sammanfattas i begreppet induktiv syntaktisk dependensanalys.

 

I projektet studeras induktiv syntaktisk dependensanalys huvudsakligen ur tre kompletterande perspektiv:

• Hur kan algoritmer för grammatisk analys utformas för att uppnå största möjliga precision och effektivitet? Av speciellt intresse är algoritmersom tillåter s.k. icke-projektiva strukturer, dvs. strukturer där två eller flera grammatiska relationer korsar varandra, vilka ofta uppstår i språk med fri ordföljd men som också finns i svenska t.ex. i konstruktioner som "en hård nöt att knäcka", där "en" är bestämning till "nöt" samtidigt som "att knäcka" är bestämning till "hård". Sådana algoritmer har föreslagits för dependensanalys men ännu inte testats i kombination med maskininlärning.
• Vilka språkliga och kontextuella faktorer är viktigast för en korrekt disambiguering, dvs. för ett korrekt val mellan flera möjliga analyser? Är t.ex. information om de ingående ordens ordklasser viktigare än den information som ges av själva ordens form? Exemplet "en hård nöt att knäcka" är en instans av mönstret (Artikel Adjektiv Substantiv Infinitivmärke Infinitiv), men det är långt ifrån alla adjektiv som kan tolkas på samma sätt i den aktuella konstruktionen, så informationen om de enskilda orden är ofta mycket väsentlig. Jämför t.ex. "en gammal nöt att knäcka".
• Vilka metoder för maskininlärning ger bäst resultat för grammatisk analys? I projektet jämförs s.k. minnesbaserad inlärning, som bygger på likhetsabstraktion och analogiresonemang, med statistisk inlärning, som  bygger på frekvenser och sannolikhet. Den avgörande frågan är vilken av metoderna som bäst klarar av att generalisera på grundval av ett stort antal exempel tagna från autentiska texter och t.ex. urskilja att "hård" och "gammal" inte står i samma relation till "att knäcka" i de två exemplen ovan.
  

För att testa metodernas generalitet kommer experiment att göras med texter på ett antal olika språk, förutom svenska även engelska, kinesiska och tjeckiska, som är sins emellan strukturellt olika.

Projektets syfte är i första hand att öka vår teoretiska kunskap om induktiv syntaktisk dependensanalys med avseende på algoritmer, signifikanta språkliga och kontextuella faktorer samt metoder för maskininlärning. Men tanken är att projektets resultat skall bidra till utvecklingen av bättre verktyg för automatisk analys av naturliga språk, inte minst med tillämpning på svenska språket. Som vi inledningsvis konstaterade, ommer behovet av sådan verktyg sannolikt att bli allt större i takt med informationssamhällets fortsatta utveckling.

Personer i projektet: Projektet leds av Joakim Nivre och involverar i övrigt två doktorander,Johan Hall och Jens Nilsson. Etablerat samarbete finns med grupper iUppsala (Anna Sågvall Hein), Antwerpen (Walter Daelemans), Tübingen(Sandra Kübler), Tilburg (Erwin Marsi), Trento (Atanas Chanev) and Istanbul (Gülsen Eryigit).

Extern finansiering:  Projektet, som har bidrag från Vetenskapsrådet 2006-2008, är en fortsättning på projektet "Stokastiska dependensgrammatiker för syntaktisk analys av naturligt språk" (som stöddes av Vetenskapsrådet 2003-2005).

 

4) Simulering av tunga fordon (samarbete med profilområdet Tunga Fordon)

Projektbeskrivning: Inom projekt Tunga fordon har Vxu och berörda fordonsföretag prioriterat forskning inom området fordonssimulering med målet att väsentligt reducera behovet av fullskaleprovning i utvecklingsprocessen och lägga grunden för nya systemkoncept. Fokus ligger på körkomfort avseende vibrationer, kranstyrning och externa/interna ljudnivåer mot bakgrund av att EU-lagstiftningen skärps kontinuerligt. Ett projekt skall därför startas.

Samarbetspartner: Rottne Industri AB, Volvo CE, Dynapac AB, Kalmar Industries AB

Extern finansiering: KK-stiftelsen (850 kSEK), Sparbanksstiftelsen Kronan (2000kSEK)
Personer i projektet: Håkan Bard, Matz Lenells, Torbjörn Ekevid., Börje Nilsson.

Rekrytering: Det diskuteras möjligheten att en gemensam doktorand eller postdoctjänst skulle finansieras gemensamt av båda temaområdena inom MNT.

 

5) Kvantinformation, kvantkryptering och kvantmekanikens grundvalar
Projektbeskrivning: Överföring av stora mängder av känslig information ställer höga krav på ryptering. Kvantkryptering skulle kunna ge hög säkerhet och därför är kvantinformation ett viktigt forskningsområde med hög potential för IT-utvecklingen. Målet är att utveckla tillförlitliga matematiska modeller med tillämpningar inom kvantinformation. För detta ändamål planeras samarbete med några företag i Växjö, bl.a.Aerotech Telub AB och ett stort internationellt nätverk där bl.a. forskare från Bells Lab., Photonic Lab (Boston Univ.) och Atominstitut (Wien) ingår. Projektet finansieras dels genom ”EU-nätverk i kvantsannolikhetsteori” och dels ett ”KVA-projekt”.

 

Samarbetspartner: Aerotech Telub, Bells Lab. (Lucent Technology, New Jersey), Photonic Lab (Boston Univ.), Atominstitut (Wien), EU-nätverk i kvantsannolikhetsteori: Universiteten i Rom, Bonn, London, Budapest, Wroclaw, Nancy, Strasbourg.

Extern finansiering: EU-nätverk i kvantsannolikhetsteori, 200 Kkr för 2006;ny ansökning för perioden 2007-2011.

Personer i projektet: Andrei Khrennikov, doktoranderna Gijom Adenier och Yaroslav Volovich.

Rekrytering: Delfinansiering av en post-doc.

 

6) Modeller för akustiska och elektromagnetiska vågor

Projektbeskrivning: Från ett modellerings- och simuleringsperspektiv finns det stora möjligheter att utnyttja likheten mellan olika sorters vågor. Ur en praktisk synpunkt finns det dock skillnader, exempelvis för hur vågor genereras och mäts. I projektet behandlas elektromagnetiska och akustiska vågor, de senare både i luft och i fasta material.

Tillämpningen av elektromagnetiska vågor är ”Oförstörande bestämning av träkvalitet med tillämpningar inom skogsindustrin”, se projekt 1 ovan, ”Fellokalisering i kraftnät” och tidigare i Mikrovågsfilter för mobiltelefoni. Thomas Biro har i sin doktorsavhandling utvecklat beräknings­metoder som är flera hundra gånger snabbare än traditionell beräkning med finita elementmetoden. Denna kraftigt ökade snabbhet möjliggör nu dimensionering av en ny generation mikrovågsfilter som har betydligt lägre tillverkningskostnader. Behovet av mycket snabbare simuleringsmetoder finns i flera tillämpningar.

De akustiska vågorna i fasta material tillämpas, liksom de elektromagnetiska, på ”Oförstörande bestämning av träkvalitet med tillämpningar inom skogsindustrin”. En annan tillämpning är ljudutbredning i fordon vilket har stark koppling till projekt 2 ”Simulering av tunga fordon”. Forskningen om vågfenomen har därmed rollen som teoretisk bas för dessa projekt.

En allmän observation för akustik är att det ofta är mycket kostsamt att dämpa lågfrekvent ljud och effektiva metoder är därför av stort tekniskt intresse. I samarbete med en forskargrupp vid KTH studeras en mekanism för att dämpa lågfrekvent ljud som uppkommer genom växelverkan mellan akustiska vågor och instabila flöden. Detta projekt stöds av Vetenskapsrådet genom ett postdoc­stipendium där stipendiaten handleddes i sin doktorandutbildning av Börje Nilsson.

Samarbetspartner:ESE Technique AB, Sivers IMA AB, Rottne Industri AB, J G Anderssons Söner AB, Södra Skogsägarna, VIDA AB. Akademiska partners är bl.a. Trätek/Statens Provningsanstalt; Skogforsk och Sveriges lantbruksuniversitet; Lunds Tekniska Högskola, institutionen för elektrovetenskap, avdelningen för elektromagnetisk fältteori; Uppsala universitet, Institutionen för ingenjörsvetenskap.

Extern finansiering: Stöd från Vetenskapsrådet: 648 kkr/år, fördelas 50/50 mellan VXU och LTH

Personer i projektet: Börje Nilsson, Sven Nordebo, Thomas Biro, Jaokim Toft, doktorander: Anders Andersson, Therese Sjödén, Sara Petersson, Yaroslav Volovich.

Det finns ytterligare viktiga projekt som har stark koppling till temaområdet, och som skulle kunna ingå i den vetenskapliga kärnan, men på grund av brist på resurser garanteras inte direkt finansiellt stöd. Dessa projekt är:

 

1) KK-stiftelsen projekt ”Fellokalisering i kraftnät” inom programmet HÖG2004:

Projektperiod: 2005 (ett år) Stöd från KK-stiftelsen: 466 kkr. Dessutom har en projektansökan för fortsatt stöd från KK-stiftelsen, 2006-2007, skickats in.

Projektbeskrivning: Syftet med projektet är att utveckla teori och metoder för förbättrad fellokalisering i kraftnät. Det slutliga målet är därmed att kunna minska avbrottstiderna för elbolagens kunder. Forskningen fokuserar på fellokalisering baserad på estimeringsteori i kombination med matematiska vågutbredningsmodeller för kraftledningar.

Samarbetspartner: ABB Automation Technologies, Öresundskraft. Akademiska partners: Lunds Tekniska Högskola, institutionen för industriell elektroteknik och automation, samt institutionen för elektrovetenskap, avdelningen för elektromagnetisk fältteori.

Personer i projektet Sven Nordebo, Jonas Lundbäck och Thomas Biro.

Stöd för senior forskning: (10%-20%).

 

2) Vågutbredning i stadsmiljö och landsbygd

Projektbeskrivning: Vågutbredning är grundförutsättningen för trådlös kommunikation och innefattar antennteknik och fysikaliska fenomen som diffraktion och spridning. När utbredningen sker i komplexa miljöer krävs stora matematiska och numeriska insatser för att analysera fenomenet. Geometrin, i form av en elektronisk CAD-ritning eller terrängdatabas i tre dimensioner, utgör underlag för en vågutbredningsmodell. Denna modell kan sedan användas för att analysera och dimensionera system för mobil kommunikation, fasta förbindelser av olika slag och mer allmänna vågutbredningsfenomen. Detta gynnar de deltagande företagen och bidrar till uppbyggnaden av forskning och forskarutbildning vid VXU.

Samarbetspartner: Aerotech Telub AB, Chelton Applied Composites AB, Flextronics. Akademiska partners: LTH, Chalmers. För närvarande pågår en bearbetning av en projektansökan till KK-stiftelsen med titeln: "Vågutbredning i stadsmiljö och landsbygd".

Personer i projektet Sven-Erik Sandström och Sven Nordebo

 

3) p-adiska modeller: i fysik, dynamiska system och kryptering

Projektbeskrivning: Det finns en aktuell projektansökan (bl.a. för en postdoc-tjänst) inom ansökningsomgång 2005 till Vetenskapsrådet. Information är ofta ordnad i trädliknande hierarkiska strukturer. Exempel på detta är filerna i en dator eller talen i samma dator representerade med en följd av ettor och nollor. För att beskriva sådana system är de vanliga reella talen, som kan sorteras i storleksordning (Akimediska tal), mindre lämpade. Det är bättre att använda icke-Arkimediska modeller, bl.a. med så kallade p-adiska tal som har en inbyggd trädstruktur. Av denna anledning har en omfattande forskning utvecklats för användning av p-adiska tal inom modern fysik, bl.a. kosmologi, sträng- och supersträngteori. Några metoder som har utvecklades i p-adisk teoretisk fysik kan tillämpas på olika problem utanför fysiken, t.ex. kryptering. Prof. Khrennikovs grupp är en av de starkaste i världen inom p-adisk kvantfysik och strängteori och teorin för p-adiska dynamiska system (som utvecklades i p-adisk fysik) och dess tillämpningar inom bl.a. bildanalys, kognitiv vetenskap och psykologi. Det finns koppling till internationella nätverk i icke-Arkimedisk analys och dynamiska system (samarbete med universiteten i Lund, Moskva, Kiev, Minsk, Brüssel, Nijmegen, Santander, Aten och London).

Samarbetspartner:Universiteten i Lund, Moskva, Kiev, Minsk, Brüssel, Nijmegen, Santander, Aten och London.

Personer i projektet: Prof. Andrei Khrennikov, Marcus Nilsson, Per-Anders Svensson, Robert Nyqvist, Karl-Olof Lindahl.

 

4) LOIS Rymdprojekt.

Projektbeskrivning: Temaområdet ska fortsätta att spela en viktig roll i utveckling av några delar av LOIS Rymdprojekt. Först ska man använda matematisk modellering för utbyggnad av en rymdantenn i form av ett stort digitalt teleskop. Sedan ska man använda avancerade matematiska metoder för att studera data som man får med hjälp av rymdantennen (bl.a. om solvind och andra fenomen som har betydelse för telekommunikation). En ny EU-ansökan är i huvudsak färdigställd.

Personer i projektet: Bo Thidé, Sven Nordebo, Welf Löwe, Börje Nilsson, Sara Petersson, Therese Sjödén, Jonas Lundbäck, Thomas Biro, Andrei Khrennikov, Yaroslav Volovich, Joakim Toft och Roger Pettersson.

 

5) Matematiska modeller i Nationalekonomi

Projektbeskrivning:Det finns en stark grupp vid MSI och EHV som studerar matematiska modeller i nationalekonomi och finansmarknad. Det är matematiska modeller för emigrationsprocesser (som bl.a. baseras på spelteori och statistiska metoder) och finansprocesser (som baseras på stokastiska differentialekvationer och numeriska metoder för sådana ekvationer). För utvecklingen av numeriska metoder för stokastiska partiella differentialekvationer (av parabolisk typ) pågar samarbete med Chalmers. Här finns även koppling till forskning inom kvantfältsteori – Euklidiska modeller. En av doktoranderna håller på att använda kvantformalismen (i formen av Bohms mekanik) för studium av finansmarknaden. Det pågår mycket datorsimulering (bl.a. med hjälp av magisterstudenter). Det finns vidare ett särskilt projekt för användning av kvantsannolikhetsteori för processer i finansmarknad (samarbete med grupper i kvantsannolikhetsteori och kvantlogik vid Bratislavas och St. Peterburgs universitet).

Personer i projektet Jan Ekberg, Andrei Khrennikov, Roger Pettersson, Olga Choustova och Astrid Hilbert.

Under våren 2006 kommer humanistisk-samhällsvetenskapliga fakultetsnämnden att utlysa strategiska medel. Prof. Jan Ekberg och en grupp av hans kollegor från EHV kommer då att söka om medel för samarbete i matematisk modellering: wavelets analysis i nationalekonomin, matematiska modell om  diskriminering.  I temaområdet ”Matematisk Modellering och Systemsamverkan” ska reserveras en pott för samarbete med nationalekonomer – ”matching” för deras ansökning.

6) Kvalitetsunderhåll

Projektbeskrivning: För att kunna kartlägga, analysera, utvärdera och besluta angående situationen i en produktionsprocess måste man ha tillgång till relevanta data och tillförlitliga och användbara matematiska modeller. Detta är en nödvändighet för att hjälpa företag att uppnå en lönsam och konkurrenskraftig hållbar produktionsprocess som kan förbättras kostnadseffektivt.

Kvalitetsunderhåll används för att övervaka tillståndet på systemutvecklingsprocessen och därefter på systemet i drift. Detta för att detektera avvikelser i systemets tillstånd, -prestanda, -verkningsgrad samt avvikelser i produkt/ service kvalitet på ett tidigt stadium kostnadseffektivt. Relevanta mätningar på mjukvara tillåter användande av

automatiserad tillståndsövervakning. Vilka tillstånd är observerbara och kan användas för att detektera avvikelser i kvalitet i ett tidigt stadium är en forskningsfråga som kan besvaras under projektgången.

Detta är ett projekt som vi håller på att planerat tillsammans med Ljungby kommun och de företag som ligger i Smålandsregionen. Vi planerar ett seminarium för  öretagen för att beskriva projektidén och potentiella resultat. Projektets huvudtema är att undersöka och modellera förhållandet mellan underhåll-maskin-miljö-ekonomi. Stora företag såsom Siemens Sverige, Alstom Power Sverige och StoraEnso har visat intresse för ett sådant projekt.

Externfinansiering:Vi planerar för att lämna en ansökan till KK-stiftelse eller VINNOVA

Personer i projektet Basim Al-Najjar, Andrei Khrennikov, Per Flensburg, Welf Lowe, Magnus Hellgren (VD f Centrum för informationslogistik i Ljungby)

 

7) Matematik- didaktik och matematisk modellering

Projektbeskrivning: Forskning om pedagogik för elever med särskild förmåga och fallenhet för matematik finns inte i Sverige. Området är snarast bemängt med  stereotypier och myter om hur matematisk förmåga tar sig uttryck hos  barn och ungdomar. Projektet söker vidga den bilden, genom att  problematisera begrepp i debatten vars innebörd tenderar att konservera föreställningar om matematisk förmåga som något exklusivt förunnat ett fåtal.

Ansatsen är inkluderande snarare än exkluderande. Syftet är att undersöka hur matematisk förmåga hos skolelever manifesteras, kommuniceras och värderas i skolans praktik på olika stadier inom ungdomsskolan, men också att studera hur den pedagogiska praktiken kan utvecklas för att passa elever med förmåga och fallenhet för ämnet. Begreppet förmåga ges här en dynamisk innebörd: den uttrycks, skapas och utvecklas i en matematisk aktivitet och den består av delförmågor som kan kompensera varandra inom vida gränser. Forskningen är knuten till en pecialiseringskurs i matematik för lärarkandidater (20 p) som också erbjuds som fortbildningskurs för verksamma lärare. Databildningen i projektet sker i nära anslutning till de studerandes examensarbeten inom kursen och i samverkan mellan seniora forskare, forskarstuderande och lärarstudenter/lärare. I huvudsak kommer kvalitativa metoder att användas (observation, intervju kvasiexperimentella ansatser) utprövade i ett flertal projekt med inriktning mot studier av elevers matematiska potential.

Externfinansiering: Projekt finansieras av Vetenskapsrådet

Personer i projektet Lenart Hellström, Thomas Biro, Håkan Sollervall, Robert Lagergren.

 

Koppling till forskar- och grundutbildning:

Den största betydelsen av temaområdet för forskar- och grundutbildningen är utvecklingen av en kreativ vetenskaplig miljö med tillräcklig storlek. Härigenom kan framstående forskare och bra studenter attraheras till VXU, vilket är speciellt viktigt för MNT-sidan. Utan stark samverkan genom integration mellan olika ämnen skulle man här ha väldigt små verksamheter som inte kunde bedriva forskning (och som konsekvens forskar- och grundutbildning) på hög internationell nivå.

Temaområdet ”Matematisk modellering och Systemsamverkan” ger stora möjligheter för integration. I första hand vi ska fortsätta processen att integrera teoretiska ämnen som är intresserade av Modellbildning och modellundersökning. Det finns redan en mycket bra bas som har utvecklats under de senaste fyra åren med hjälp av profilen ”Matematisk Modellering”. Integrationen ska fortsätta med datalogi och språkteknologi samt skog och trä, tunga fordon och bioenergi.

Sådan integration är särskilt viktig för doktorander som kan få möjligheter att arbeta i en större vetenskaplig miljö, bl.a. genom vetenskapliga seminarier och kurser som kan ges för doktorander från olika ämnen relaterade till temaområdet. Det finns redan mycket positiv erfarenhet av integration av forskarutbildning i matematik/tillämpad matematik och elektroteknik som genererades genom samarbete i profilen ”Matematisk modellering.”

Doktorander från olika ämnen ska få möjlighet att ingå i tvärvetenskapliga forskningsprojekt. Vi har redan sådan erfarenhet för doktorander i matematik/tillämpad matematik och elektroteknik. Doktorander för teoretiska ämnen får möjlighet att tillämpa sina resultat medan doktorander från tillämpade ämnen ska få tillgång till avancerade teoretiska metoder. Samarbete mellan doktorander (och lektorer) från olika ämnen vid gemensamma vetenskapliga seminarier spelar också en stor roll i utvecklingen av högkvalitativ forskarutbildning på MNT-sidan av universitetet.

Doktorander som integreras i temaområdet ”Matematisk modellering och Systemsamverkan” ska undervisa i kurser av gemensamt intresse. Vi har sådana erfarenheter, t.ex. med kursen ”Visualisering”: det är en datalogikurs som ges av doktorander inom matematisk modellering för studenter i datalogi, elektroteknik och matematik. Liknade erfarenheter har vi med kursen ”Kryptering” som ges av en doktorand i matematisk modellering för studenter i datalogi.

Profilen ”Matematisk modellering” har fungerat som vetenskaplig bas för utbildningsprogrammet ”Matematisk modellering”, där flera doktorander från profilen har undervisat. Temaområdet ”Matematisk modellering och Systemsamverkan” ska fortsätta stödet till detta program.

 

Del 4. Temaområdets organisation

Den viktigaste synpunkten från intressenter både från MSI och TD är att organisationen och styrningen inte ska vara komplicerad. Styrningen av temaområdet baseras på ett harmoniskt samarbete inom en grupp av forskare, styrgruppen, som ska presentera olika forskningsgrupper med koppling (eller i alla fall med potentiellt intresse) till temaområdet. Representanter i styrgruppen tillhör olika etenskapsområden, de har olika bakgrund, men alla vill det bästa för utvecklingen av forskningen samt forskar- och grundutbildningen vid VXU, särskilt gällande en positiv utveckling av samarbetet mellan MSI och TD.

 

Förslag på styrgrupp:

Ledare för styrgruppen: Andrei Khrennikov, professor vid MSI (matematiska modeller i kvantfysik, dynamiska system, kryptering)

• Håkan Bard, lektor - TD (Tunga fordon)
• Jan Ekberg, professor – EHV (Matematiska modeller i ekonomi)
• Welf Löwe, professor - MSI (Systemsamverkan, datalogi, web services)
• Börje Nilsson, professor - MSI (matematiska modeller för akustiska och elektromagnetiska vågor )
• Joakim Nivre, professor - MSI (språkteknologi)
• Sven Nordebo, professor - MSI (matematiska modeller för akustiska och elektromagnetiska vågor med koppling till signalanalys)
• Harald Säll, forskare – TD (skog och trä)
• Björn Zethraeus, professor – TD (bioenergi)

Styrgruppen arbetar huvudsakligen genom telefonsamtal, email, lunchmöten och möten i anslutning till vetenskapliga seminarier. Kontakter mellan personer som ingår i ett konkret projekt kan vara mycket intensiva. Det kommer att vara minst två gemensamma möten för hela styrgruppen under året: ett för planering, bl.a. budget, och ett annat för diskussioner och uppföljning av resultaten av årets arbete.

Styrgruppen ska utveckla forskningsstrategi för Temaområdet, garantera högst kvalitet av forskning, utveckla samarbete mellan olika forskningsgrupper och mellan olika institutioner, samt driva internationell samarbete (inte minst att höja kvalitet). Styrgruppen ska samla ihop projekt av högst prioritering för Temaområdet, planera finansiering av prioriterade projekt, bl.a. arbeta med budget för varje år.

 

Del 5. Ekonomi

Styrgruppen ska ta beslut om prioriterade projekt (i första hand baserat på det vetenskapliga värdet, kopplingen till forskar- och grundutbildningen, möjligheter att få externa medel och utvecklings­potentialen för samarbete mellan olika ämnen, vetenskapliga publikationer och så vidare). Efter ett sådant beslut presenterar representanter från styrgruppen som är ansvariga (eller har koppling) till prioriterade projekt en lista över behov av finansiellt stöd. Erfarenheter från profilen ”Matematisk Modellering” ger en förhoppning om att distributionen av medlen kan ske genom konsensus.

Det kommer inte att finnas en utlysning om ansökningar till temaområdet. Vilken forskningsgrupp som helst vid VXU kan i princip få finansiellt stöd från temaområdet. Men en forskargrupp som vill ha stöd ska först integreras i den vetenskapliga verksamheten av temaområdet genom att demonstrera sin vilja till samarbete med den existerade forskningsgruppen i matematisk modellering och systemsamverkan med tillämpningar. Vetenskapliga seminarier där relaterade problem kan diskuteras ska spela den viktigaste rollen. Därefter är det öppet för att lämna in ansökningar (bäst genom en representant i ledningsgrupp som har någon koppling till ansökning)

Baserat på argumenten som presenterades i del 3 ska medel satsas mest i de projekt som kan medföra stora möjligheter för vetenskaplig utveckling och som i framtiden kan generera externa medel. Det är dock ofta så att det i den första fasen behövs stöd (bl.a. finansiellt) för att utveckla projekt till en nivå där man kan lyckas med ansökning om externa medel. För detta ändamål spelar temaområdet en viktig roll. Kopplingen av projektet till forskar- och grundutbildningen är också mycket viktig.

Stödet till ett konkret projekt kan ges i olika former. Det ligger på projektledningen att formulera konkreta behov, t.ex. medel för forskning av seniora forskare inom projektet, post-doctjänster, projektanställningar, delfinansiering av doktorander, etc..

En del av medlen ska satsas till gemensamma vetenskapliga strukturer inom temaområdet: vetenskapliga seminarier, konferenser, workshops, gästforskare, resor och profilstyrning.