Реализация подсистемы принятия решений для предупреждения и ликвидации последствий природных чрезвычайных ситуаций

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Кибернетика
Узнать стоимость новой

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК004. 5- 004. 7- 004. 8
РЕАЛИЗАЦИЯ ПОДСИСТЕМЫ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ ПРИРОДНЫХ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ
КУЗЁМИН А.Я. ______________________________
Предлагается информационное пространство объекта управления для реализации подсистемы принятия решений предупреждения и ликвидации последствий природных чрезвычайных ситуаций на основании повторного использования близких аналогичных решений.
Актуальность. Существующая тенденция к возрастанию масштабов чрезвычайных природных ситуаций (ЧПС) вызывает необходимость своевременно и обоснованно вырабатывать контрмеры для предупреждения ЧПС и их ликвидации. С этой целью в рамках развития ситуационных центров государств создаются соответствующие информационно-аналитические системы (ИАС) с комплексами принятия решений.
Анализ развития чрезвычайных ситуаций и принятие своевременных оперативных решений затрудняется. Необходим системный анализ, прогнозирование, оценка сложившейся ситуации и объективная оценка эффективности принимаемых решений. Руководящим органам обычно приходится действовать в условиях острого дефицита времени, ограниченной точности и достоверности информации. Это может привести к принятию нерациональных и даже ошибочных решений, а следовательно, и к большим потерям. Принятие решений в случае ЧПС заключается в генерации возможных альтернативных решений, их оценке и выборе лучшей альтернативы.
При выборе альтернатив с помощью обеспечивающего комплекса ИАС учитывается большое число противоречивых требований. Кроме этого, варианты решений оцениваются по многим критериям с учетом минимальных затрат средств, времени на разработку и обеспечение минимальных экономических и социальных рисков [1]. Значительно осложняют принятие решений противоречивость требований, неоднозначность оценки ситуаций, ошибки в выборе приоритетов.
Формализация методов принятия решений, их оценка и согласование является чрезвычайно сложной задачей. Увеличение объема информации, поступающей лицу, принимающему решение (ЛПР), усложнение решаемых задач, необходимость учета большого числа взаимосвязанных факторов и быстро меняющейся обстановки требуют использовать в процессе принятия решений в обеспечивающем комплексе ИАС подсистемы поддержки принятия решений (ПППР) [2].
Постановка задачи. Необходимо разработать информационное пространство объекта управления для
реализации ПППР обеспечивающего комплекса ИАС для предупреждения и ликвидации последствий ЧПС. Для обеспечения минимальных затрат средств, времени на разр аботку и минимальных экономических и социальных рисков необходимо повторное использование близких аналогичных решений.
Новизна. Получила дальнейшее развитие информационная технология реализации подсистемы принятия решений для предупреждения и ликвидации последствий ЧПС на основании повторного использования близких, аналогичных решений, которая отличается от существующих использованием предложенного в работе информационного пространства объекта управления, что дало возможность при минимальных затратах средств, времени на разработку и обеспечение минимальных экономических и социальных рисков получить более качественные и своевременные решения в ПППР.
Решение. В соответствии с назначением ПППР использует результаты работы всех комплексов ИАС (рисунок).
среды
РИ, 2007, № 2
151
Процесс принятия решений сможет повторяться, если предлагаемый вариант решения не удовлетворяет ЛПР. Корпоративное согласование решений может осуществляться как до оценки возможных вариантов решения, сделанных соответствующим ЛПР, так и после такой оценки.
При выборе решения в целях уменьшения времени рекомендуется повторно использовать удачные предыдущие решения [3,4,]. Повторное использование в обеспечивающем комплексе ИАС аналогичных решений для предупреждения и ликвидации последствий ЧПС должно учитывать требования функционального комплекса ИАС.
Проектное решение обеспечивающего комплекса ИАС Pr = (Ap, Kp, Zp, P, G) [1], где Ap — элементы (компоненты комплексов) ИАС- Kp — отношения (связи) элементов ИАС- Zp — цели системыразработкиИАС- Z
— цели функционирования ИАС- P — проектировщик- G
— язык проектировщика (инструментальные средства), также характеризуется с помощью ситуаций и входящих в них понятий [3]. При проектировании разработчик оказывается в определенной ситуации, которая характеризуется группой взаимосвязанных понятий, описывающих данную ситуацию.
В основе разработанной методики использования аналогичных решений для предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных естественных ситуаций лежит взаимосвязь целей системы, для которой проводится разработка программного комплекса, с ситуацией внешней и внутренней среды, которая представлена в обобщенной базе данных и знаний {Bdk} обеспечивающего комплекса ИАС (см. рисунок). С такой ситуацией связывается одно или несколько проектных решений, которые подходят для данной ситуации. Поиск решений осуществляется путем оценки близости текущей ситуации к эталонной, близкой ситуации из базы проектных решений {Bpr} [3,4].
Для принятия решений в ПППР рассматривается логическая ситуация, которая включает множество понятий [3]. Каждое понятие отображает свойства ситуации в какой-нибудь из характеристических категорий [3,4]. Такие категории могут отображать: процессы и деятельность руководителей, ресурсы и необходимые спасательные средства, структуру ЧПС и требования к действиям спасателей, качество принятых решений, стоимость затрат на предотвращение возникновения ЧПС и прочее.
Категория к представляется в виде иерархии с помощью ориентированного графа K =& lt- O, A & gt- понятий, построенного по родовому признаку, где О — множество вершин графа — понятий {ei& gt-e2'---'en} и A = {Gi, G2,…, Gn i} - множество дуг графа, которые выражают отношение наследования между двумя понятиями в направлении от наследника до предка. Понятие e является извечным понятием категории к, которая о пределяет самый о бщий элемент в иерархии.
Каждое из понятий содержит в себе указатель на решающее правило, которое определяет группу признаков, отличающих данное понятие от других.
Решающее правило представляется в следующем виде: DR = л F-, где F — отдельный признак.
При подсчете значения решающего правила DR каждому из признаков Fj ставится в соответствие значение true, если данный признак присутствует в понятии, и false — в противном случае.
Классификация неизвестного понятия осуществляется с помощью стратегии выбора понятия, которое для категории K =& lt- O, A & gt- представляется в виде следующего множества: = & lt- P, D, pg, Dq & gt-, что состо-
ит из множества точек P = {pi p2 •, pn}, множества переходовD = {Dj}, i = 1, n в каждую из точек pj є P, ссылки на начальную точкуpg є P, из которой начинается идентификация, ссылки на извечный переход Dg є D, с помощью которого принимается решение о принадлежности понятия к данной категории. Dk ={djk} - это параметры, которые означают, что переход направлен от точки p j до точки pk или, по-иному, от класса понятия e j к классу понятия ek. Данному переходу Dk от некоторого класса понятия к классу понятия ek отвечает решающее правило DR k.
Таким образом, видно, что возможность перехода к некоторой точке определяется лишь связанным с соответствующим понятием решающего правила. Направление переходов Dk = {dj k } обратного направления дуг связано с множеством A = {Gi, G2,…, Gn}. Каждой из дуг Gj (ej, e^ отвечают переходы Dj для пары точек pk и pj.
Каждая стратегия начинается с начального перехода Dg, осуществив который считаем, что искомое понятие может принадлежать данной категории. Начальный переход ведет к начальной точке pg, которая отвечает начальному понятию категории.
Сравнение ситуаций осуществляется с помощью меры сходства путем расчета расстояний между микроситуациями, который содержит в себе подсчет коэффициента подобия для входящих в данную микроситуацию понятий.
Описания ситуаций на языке их представления подчиняются определенным правилам, представленным в виде аксиом структуры представления выражений [ 3,4].
Разработка баз данных и знаний для поддержки принятия решений в ЧПС выполняется в такой последовательности.
i. В заданном районе выполняется предварительный системный анализ параметров природной среды. Выявляются условия возникновения ЧПС.
i52
РИ, 2007, № 2
2. Формируется обобщенная база данных и знаний {Bdk} (см. рисунок) обеспечивающего комплекса ИАС.
3. Выявляется множество понятий «{qj} - субъект (наблюдатель, спасатель, диспетчер службы спасения и прочее) — {і-} - управляющее действие (вызвать спасателей, сообщить, передать оповещение о ЧПС и т. п.) — {e-} - объект (транспортные средства, вертолет и прочее)» для ЧПС и близких ситуаций разного происхождения и применения.
4. Формируется множество описаний ситуаций на языке ситуации типа
Cj = ^іг2е5^іг2е4^згіеі^2г2е2'
q2r2e3'q2r2e6'q2r3e7}' где j = 1, n — количество ситуаций.
5. В результате анализа близости микроситуаций определяются близкие ситуации.
6. Осуществляется передача накопленного множества близких ситуаций в ПППР, которая готовит рекомендации для ЛПР.
Реализация задач в ПППР для предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций выполняется на множестве близких ситуаций в такой последовательности.
1. По результатам исследований, которые предостав-ленны в этой работе, формируются сценарии возможного развития ЧПС {Bdk}.
2. Оценка сценариев по времени, которое необходимо для предупреждения НПС и человеческих и материальных потерь.
3. Формирование предложений для ЛПР.
Г енерацию возможных сценариев развития ЧПС можно осуществить с помощью: программной реализации аналитических или имитационных моделей, с использованием экспертных систем, генерации сценариев путем комбинации разных операций, заданных ЛПР или взятых из обобщенной базы данных и знаний {Bdk}, и, в конце концов, используя подход, который получил название ситуационного управления.
Г енерацию решений можно выполнить двумя способами:
1. Использовать принципиально новые, новаторские решения, которые пока невозможно формализовать и задать компьютеру для «самостоятельного» выполнения без эксперта или специалиста.
2. На основе предложенной в [3] методики искать решения, которые основаны на «аналогичных» сценариях, связанных с повторным использованием, по аналогии.
Для поиска решения по второму подходу предлагается применить метод, который использует параллель-
но-временную порождающую грамматику. Для построения грамматики будем использовать информацию о возможной последовательности действий, параллельности их выполнения, действий с организацией циклов (если они есть), которые можно получить в процессе диалога ЛПР с ПППР. Пример результата диалога показан в табл. 1.
Таблица 1
Графическая система соотношений контрметодов или
действий в ЧПС
A B С D E F G H I J K L M
A * * * *
B * / / / / / /
C *
D *
E
F * / / / / / /
G /
H 3
I /
J /
K /
L
M /
Для примера в табл. 1 используем следующие обозначения действий: A — активизация ситуационного центра, B — сбор спасателей, мобилизация организационных и технических средств, C — профилактические меры, D — прогнозирование ситуации, E -ограничение доступа в опасный район, F — доставка спасателей и резервных средств, G — подготовка эвакопунктов, H — сооружение дополнительных средств защиты, I — эвакуация населения, J — очистка населенных пунктов, K — оценка ЧПС на длительный период, L — возвращение жителей, M — восстановительные работы.
В табл. 1 начало выполнения параллельного процесса отмечено значком *. При этом действия, указанные в столбце и строке, образуют клетку и могут выполняться параллельно. Возможность параллелизма совсем не означает его обязательность, действия B, C, D и F могут быть выполнены и последовательно, одно за другим. Значок / означает, что после операции, указанной в строке матрицы, выполняется действие, указанное в столбце. Число 3 на пересечении строки H и столбца J указывает на необходимость повторения последовательности операций HJ 3 раза, т. е. организацию цикла.
Исходя из матрицы (табл. 1) ПППР генерирует следующую грамматику: A'-^ C (tC) — B ^ C (tC) —
B ^ C (tC)-B ^ L (ti)-F ^ G0g)-I ^ L (ti)-I ^ J (tj)
РИ, 2007, № 2
153
A'- ^ B (tB)-B ^ F (tF)-D ^ F (tF) — F ^ K (tK) — J ^ I (t:) — M ^ F (tF) —
При этом подсистема поддержки принятия решений в обеспечивающем комплексе ИАС должна строиться по следующим принципам [5]:
A'-^ C (tc)-B ^ E (tE)-D M ^ L™ —
& gt-B (tB)-F ^ H (tH)-J
1) функциональной интеграции (которая предполагает
L (ti)
— согласование решаемых задач в рамках единой методологии) —
A'-^ F (tF)-B B ^ E^)-B-B ^ I™-B-
2) информационной интеграции (которая о беспечива-> H (tH)-D ^ C (tC)-F ^ L (tI)-K ^ M™-ет роботу ИАС в рамках единого информационного
пространства страны, т. е. единых исходных данных, способах и формах их представления, хранение данных в базах данных коллективного пользования) —
> J (tj)-D-
& gt-K0k)-F-
J (tJ)-G-
& gt-I (t:)-F-
& gt-I (tn)-K-
'C (@)-H
> L (U
& gt-J (tr) —
Время выполнения действий также указывается экспертом как критерий данного действия (контрмеры). При оценке временных характеристик t выполнения действия X необходимо учесть влияние действия Xj на время выполнения действия X j. Время выполнения действий для рассмотренной задачи приведено в
табл. 2. В столбце tx табл. 2 отмечается время автономного выполнения действий, когда оно не соединяется с другим, а дополняет его.
Таблица 2 Время выполнения действия
Действия X tx G H K J I
A 2 — - - - -
B 5 — - - - -
C 3 — - - - -
D 1 — - - - -
E 24 — - - - -
F 12 — - - - -
G 6 — ½ ¾ 1/3 2/3
H 12 ¼ — 1 /2 ½ —
I 8 ½ — ¾ ½ —
J 36 1/18 — - - 1/9
K 18 3/12 — - - 1/3
L 12 — - - - -
M 120 — - - - -
Дробь в клетке табл. 2 показывает, как сокращается время выполнения действия Xj, указанного в строке, если оно выполняется вместе с действием Xj, указанным в столбце. Черта в таблице показывает, что время выполнения действия Xj не зависит от выполнения действия X j. Время выполнения действия, которое зависит от объема работ, например, эвакуация пострадавших из населенных пунктов, проведение обследования территорий и т. п., указывается по оценочным расчетам. Такие характеристики как время активизации командного пункта для ликвидации последствий ЧПС, сбор и приведения в готовность спасательных сил и средств и т. п. указаны в абсолютных цифрах. Возможно введение и других условий.
3) общего функционирования (которое предусматривает наличие возможности общей работы разных функциональных подсистем или их компонент) —
4) использования предыдущих разработок (которое предусматривает повторное использование принимаемых решений) —
5) непрерывности автоматизированной обработки (которая предусматривает максимальную автоматизацию деятельности ЛПР) —
6) работы отдельных компонентов в реальном масштабе времени.
Заключение. В результате проведенного исследования было разработано информационное пространство объекта управления для реализации ПППР ИАС для предупреждения и ликвидации последствий ЧПС. Метод обеспечивает минимальные затраты средств, времени на разработку и минимизацию экономических и социальных рисков. Предложено повторное использование близких, аналогичных решений.
Литература: 1. Куземин А. Я. Разработка инструментальных средств обеспечения принятия решений в чрезвычайных природных ситуациях // АСУ и приборы автоматики. 2007. № 139. С. 31 — 38. 2. Ларичев О. И., Мошкович Е. М. Качественные методы принятия решений. М.: Наука, 1996. 3. Куземин А. Я., Сорочан М. В. Понятийное представление ситуации при поиске и классификации проектных решений //Прикладная радиоэлектроника. 2004. Том 3, № 3. С. 60 — 67. 4. Kuzemin A., I. Yanchevskiy, Sorochan M., Torojev A. The use of situation representation when searching for solution in computer aided design systems // International Journal on Information Theories& amp-Applicatios. Bulgaria, 2004. Vol. 11, № 1. P. 82−88. 5. Трахтенгерц Э. А. Компьютерная поддержка принятия решений. М.: СИН-ТЕГ. 1998. 460с.
Поступила в редколлегию 02. 06. 2007
Рецензент: д-р техн. наук, проф. Сироджа И. Б.
Кузёмин Александр Яковлевич, канд. техн. наук, профессор кафедры информатики ХНУРЭ, начальник инновационно — маркетингового отдела. Научные интересы: системный анализ, разработка ситуационных центров. Адрес: Украина, 61 166, Харьков, пр. Ленина, 14, тел. 702−15−15. e-mail: kuzy@kture. kharkov. ua.
154
РИ, 2007, № 2

Показать Свернуть
Заполнить форму текущей работой