Научная статья на тему 'Формализованная концептуальная модель обеспечения экологической безопасности арктических коммуникаций'

Формализованная концептуальная модель обеспечения экологической безопасности арктических коммуникаций Текст научной статьи по специальности «Автоматика. Вычислительная техника»

CC BY
11
0
Поделиться
Ключевые слова
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ / АРКТИЧЕСКИЕ КОММУНИКАЦИИ / КОНЦЕПТУАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / ПРИКЛАДНАЯ ОНТОЛОГИЯ / ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / ECOLOGICAL SAFETY / ARCTIC COMMUNICATIONS / CONCEPTUAL MODELING / APPLIED ONTOLOGY / SIMULATION

Аннотация научной статьи по автоматике и вычислительной технике, автор научной работы — Быстров Виталий Викторович, Халиуллина Дарья Николаевна

В статье рассматриваются вопросы создания методов и средств информационной поддержки сетецентрического управления экологической безопасностью арктических коммуникаций. Внимание уделяется постановке задачи исследования и представлению формализованного интегрированного описания предметной области и виртуальной среды управления. Предлагается концептуальная модель обеспечения экологической безопасности, сформированная в терминах теоретико-множественных операций. Рассматриваются особенности представления концептуальной модели в виде прикладной онтологии и ее практического применения.

Похожие темы научных работ по автоматике и вычислительной технике , автор научной работы — Быстров Виталий Викторович, Халиуллина Дарья Николаевна,

FORMALIZED CONCEPTUAL MODEL OF ECOLOGICAL SAFETY OF THE ARCTIC COMMUNICATIONS

The article deals with the creation of methods and means of information support for network-centric management of ecological safety of Arctic communications. Attention is paid to the formulation of the research problem and the presentation of a formalized integrated description of the subject area and the virtual management environment. The conceptual model of ecological safety, formed in terms of set-theoretic operations, is proposed. The features of the conceptual model representation in the form of applied ontology and its practical application are considered.

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Текст научной работы на тему «Формализованная концептуальная модель обеспечения экологической безопасности арктических коммуникаций»

УДК 004.94

DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.10.48-60 В.В. Быстров, Д.Н. Халиуллина

Институт информатики и математического моделирования ФИЦ КНЦ РАН

ФОРМАЛИЗОВАННАЯ КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ АРКТИЧЕСКИХ КОММУНИКАЦИЙ*

Аннотация

В статье рассматриваются вопросы создания методов и средств информационной поддержки сетецентрического управления экологической безопасностью арктических коммуникаций. Внимание уделяется постановке задачи исследования и представлению формализованного интегрированного описания предметной области и виртуальной среды управления. Предлагается концептуальная модель обеспечения экологической безопасности, сформированная в терминах теоретико-множественных операций. Рассматриваются особенности представления концептуальной модели в виде прикладной онтологии и ее практического применения.

Ключевые слова:

экологическая безопасность, арктические коммуникации, концептуальное моделирование, прикладная онтология, имитационное моделирование

V.V. Bystrov, D.N. Khaliullina

FORMALIZED CONCEPTUAL MODEL OF ECOLOGICAL SAFETY OF THE ARCTIC COMMUNICATIONS

Abstract

The article deals with the creation of methods and means of information support for network-centric management of ecological safety of Arctic communications. Attention is paid to the formulation of the research problem and the presentation of a formalized integrated description of the subject area and the virtual management environment. The conceptual model of ecological safety, formed in terms of set-theoretic operations, is proposed. The features of the conceptual model representation in the form of applied ontology and its practical application are considered.

Keywords:

ecological safety, Arctic communications, conceptual modeling, applied ontology, simulation Введение

В последние годы одним из стратегических направлений внешней политики РФ является развитие Арктических территорий, что обусловлено совокупностью разных причин: крупные запасы природных ресурсов (подземные полезные ископаемые, пресная вода, биоресурсы), важное геополитическое местоположение, большой экономический потенциал в использовании различного вида коммуникаций. В частности, развитие арктических коммуникаций является одной из приоритетных задач, зафиксированной в стратегии освоения Российской Арктики. Большинство представителей исполнительной власти и экспертов ассоциируют деятельность в рамках данного направления с созданием эффективной инфраструктуры для использования Северного морского пути (рис.1).

* работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ проект №№ 18-07-00167 «Методы и средства сетецентрического управления экологической безопасностью Северного морского пути».

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Рис. 1. Северный морской путь в Арктической зоне[4].

Приведем некоторые данные об экономической привлекательности Арктических регионов и проектов, направленных на развитие их транспортной инфраструктуры. В настоящее время через северные порты западного региона России (Мурманск, Архангельск, Витино) и нефтяные терминалы Обской губы, Варандейского месторождения осуществляется перевалка около 40 млн. тонн грузов в год. Около половины этого объема (19 млн. тонн) составляют нефтяные грузы, из которых 16 млн. тонн экспортируется [2].

Развитие Северного морского пути для Российской Федерации позволит значительно сократить время доставки грузов, продвинуться на новые рынки сбыта, проводить военную подготовку в экстремальных условиях Арктики. Но суровый арктический климат (вероятность штормов и низкие температуры в зимний период, быстрое оледенение, продолжительный ледовый период) ограничивает возможности судоходства [4].

Помимо положительного эффекта развития Арктики, наблюдаются и отрицательные тенденции:

1. Интенсивное загрязнение окружающей среды (трансграничный перенос загрязняющих веществ водными и атмосферными потоками, нефтяное, химическое и радиоактивное загрязнения) и ухудшение качества поверхностных и подземных вод на прибрежных территориях арктической зоны РФ.

2. Изменение биоразнообразия и снижение запасов биоресурсов.

3. Ухудшение среды обитания коренного населения, проживающего в районах Арктической зоны, и нарушение условий традиционного природопользования коренных малочисленных народов.

4. Негативные последствия и угрозы глобальных изменений климата.

5. Деградация земель и нарушение условий землепользования.

Для решения перечисленных проблем (сохранение и защита природной среды, ликвидация экологических последствий хозяйственной деятельности и др.) на государственном уровне необходимо закрепить основные положения

обеспечения экологической безопасности. Кроме того в рамках решения приведенных выше проблем должны активно использовать информационные технологии для выявления потенциальных угроз и выработки решений по их предотвращению.

Разработка информационных средств и технологий для управления экологической безопасностью позволит не только оценить текущую ситуацию, но и спрогнозировать динамику показателей экологической и связанной с ней экономической безопасности арктических коммуникаций. При этом методология прогнозирования и исследования динамики различных параметров безопасности должна предусматривать системный анализ экономических и социальных аспектов, экологической ситуации и антропогенного загрязнения.

Одним из эффективных решений в данной области является применение компьютерного моделирования для исследования проблем обеспечения экологической и экономической безопасности. Использование имитационного моделирования, в свою очередь, позволяет изучать факторы, влияющие на выделенные аспекты безопасности.

Формализованная концептуальная модель

В рамках научно-исследовательской работы предложено формализованное концептуальное описание экологической безопасности арктических коммуникаций. Оно основано на использовании методов системного анализа и концептуального моделирования, успешно зарекомендовавших себя в исследовании сложных систем. Такая формализация позволяет создать фундамент для единого описания предметной области путем выделения основных концептуальных единиц и отношений между ними. Разработанное формализованное концептуальное описание является логическим развитием научных результатов работы «Исследование и разработка моделей и методов информационной поддержки управления региональной безопасностью (на примере Мурманской области)»[3], в рамках которой рассматривалась концептуальная модель мультиагентной информационно-аналитической среды региональной безопасности. Данная модель была адаптирована для решения задач управления экологической безопасностью арктических коммуникаций за счет реструктуризации основных компонентов и отношений между ними, а также введение новых объектов и их атрибутов.

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Интегрированная концептуальная модель экологической безопасности арктических коммуникаций представлена в виде теоретико-множественных конструкций, описывающих как концепты предметной области - экологической безопасности, так и компоненты информационно-аналитической среды управления экологической безопасностью (ЭБ).

кмуэб=^, S, Rs, OS, T, Pro, Cs, IAE, R}, (1)

где

O - множество объектов обеспечения экологической безопасности (objects of ecological safety);

S - множество субъектов обеспечения экологической безопасности (subjects of ecological safety);

Rs - множество ресурсов обеспечения экологической безопасности (resources of ecological safety );

OS - множество организационных структур управления экологической безопасностью (organization structures of ecological safety);

T - множество задач обеспечения экологической безопасности (tasks of ecological safety);

Pro - множество процессов обеспечения экологической безопасности (processes of ecological safety);

Cs - множество кризисных ситуаций при обеспечении экологической безопасности (crisis situations of ecological safety);

IAE - множество компонентов информационно-аналитической среды управления экологической безопасностью арктических коммуникаций (information and analytic environment);

R - множество отношений между элементами концептуальной модели (relations).

В качестве объектов обеспечения экологической безопасности O рассматриваются материальные единицы, к которым могут быть напрямую или опосредовано применены управляющие воздействия. В терминах теоретико-множественного описания данное множество представляется в виде: O ={Oi},

где Oi = <STRO, FnO, RsO, SO, TypeO>, (2)

STRO - структура объекта обеспечения ЭБ (structure of object), состоит из элементов и взаимосвязей между ними;

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

FnO - набор функций, который выполняет объект обеспечения ЭБ (functions of object);

RsO - множество ресурсов, которые необходимы для функционирования объекта обеспечения ЭБ (resources of object), при чем RsO çR;

SO - множество возможных состояний объекта обеспечения ЭБ (states of

object);

TypeO - тип объекта (type of object), например, морской, прибрежный, наземный, воздушный и другие.

Множество субъектов S представляет собой набор различных представителей управляющих структур, в сферу деятельности которых входит решение задач по обеспечению экологической безопасности в рамках функционирования систем коммуникаций в арктических регионах. В предлагаемой концептуальной модели экологической безопасности указанное множество представлено следующим образом:

S = {Sj},

Sj = <STRS, TpS, GS, RsS,MS>, (3)

где STRS - структура субъекта обеспечения ЭБ (structure of subject), рассматриваемая с точки зрения системного подхода, а значит состоящая из элементов и связей между ними;

TpS - тип субъекта обеспечения ЭБ (type of subject), содержит набор всех возможных видов субъектов, например, ЛПР (лицо, принимающее решение), координатор, организация и другие;

GS - целевые установки субъекта обеспечения ЭБ (goals of subject), содержат информацию о целевом состоянии объектов управления, за которые ответственен конкретный субъект управления;

RsS - множество ресурсов доступных субъекту обеспечения ЭБ (resources of subject), при чем RsS çR;

MS - множество средств (механизмов) управления субъекта обеспечения ЭБ (means of subject), посредством которых конкретный субъект оказывает управляющее воздействие на определенный объект.

Ресурсная обеспеченность задач управления экологической безопасностью арктических коммуникаций представлена в концептуальной модели с помощью введения специального множества ресурсов R. Элементы этого множества описывают атрибуты разнообразных ресурсов, которые используются в функционировании различных систем Арктической зоны, например, информационных, материальных, временных, человеческих и т.д. Множество ресурсов задается следующим образом: Rs = {Rsk},

где Rsk = <NmRS, TpRS, OwRS, ValRS, LimRS, UMRS>, (4)

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

NmRS - название ресурса (name of resource);

TpRS - тип ресурса (type of resource), определяющий происхождение данного ресурса (например, информационный, материальный, временной, человеческий, финансовый и т.д.);

OwRS - условный владелец ресурса (owner of resource). В рамках концептуальной модели могут быть случаи, когда данный владелец представлен не единственным субъектом управления или когда вообще не имеет потенциального владельца.

ValRS - объем ресурса (value of resource), обладающий количественной характеристикой для оценки его значения;

LimRS - ограничения на ресурс (limits of resource), в основном представленные в виде граничных условий на объем/количество ресурса;

UMRS - единицы измерения ресурса (unit of measurement).

Реализацию концепции сетецентрического управления экологической безопасностью арктических коммуникаций предлагается реализовывать через создание специальных организационных структур управления, ориентированных на решение определенного класса однотипных задач. Например, на мониторинг и прогнозирование ледовой обстановки в акватории Арктической зоны. Предполагается, что рассматриваемые организационные структуры включают в себя все заинтересованные субъекты управления, которые либо непосредственно имеют возможность осуществлять управление, либо в сфере их интересов функционирования лежит необходимость решения определенного класса задач. В терминах теоретико-множественных описаний данные структуры представлены в концептуальной модели следующим образом:

OS = {OSl, ROS},

где OSl = <OOS, SOS, GOS, ProOS, TOS> (5)

OOS - множество объектов (objects of organization structure), которыми может управлять организационная структура - OOS cO;

SOS - множество субъектов (subjects of organization structure), образующих организационную структуру, ориентированную на решение определенного класса задач управления - SOScS;

GOS - множество общих целей организационной структуры (goals of organization structure). Данные цели должны частично или полностью разделять (стремится к их достижению) все субъекты управления, входящие в состав одной организационной структуры.

ProOS - множество процессов обеспечения ЭБ (processes of organization structure), которыми управляет данная организационная структура - ProOSçPr;

TOS - набор задач по обеспечению экологической безопасности (tasks of organization structure), который закреплен за данной организационной структурой - TOSçT.

Стоит отдельно отметить, что сами элементы множества организационных структур могут быть взаимосвязаны между собой разными способами. Способ взаимодействия между организационными структурами обеспечения экологической безопасности в концептуальной модели определяет отношение ROS, которое может задавать такие виды как отношение иерархии, отношение сетевой структуры, или смешанные типы, получаемые в результате сочетания двух предыдущих.

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Задачи обеспечения экологической безопасности арктических коммуникаций связаны, в первую очередь, с выявлением и устранением кризисных ситуаций в функционировании социально-экономических, природно-промышленных, транспортных и других видов систем, работающих на территории Арктической зоны. Например, задача планирования судоходной деятельности на акватории Северного морского пути на определенный временной промежуток, или устранение разлива нефтепродуктов в результате транспортировки и т.д. С точки зрения организации управления предлагается рассматривать задачи на трех уровнях: стратегическом, тактическом и оперативном (операционном). Уровень управления влияет на степень детализации описания задачи и определение организационных структур, ответственных за решение задачи. В предлагаемой концептуальной модели задачи T представляются следующим образом:

T = {Tz},

где Tz = <NmT, LT, TmT, RET, IET, RT>, (6)

NmT - название задачи обеспечения ЭБ (name of task);

LT - уровень управления задачи обеспечения ЭБ (level of task);

TmT - временные характеристики задачи обеспечения ЭБ (times of task), определяющие продолжительность выполнения задачи и временные рамки ее реализации;

RET - множество ответственных субъектов управления за выполнение задачи обеспечения ЭБ (responsible entity of task), при чем RETçS;

IET - множество привлекаемых субъектов к выполнению задачи по обеспечению ЭБ (involved entities to perform the task), при чем IETçS;

RT - множество ресурсов, необходимых для успешной реализации задачи по обеспечению ЭБ (resource of task).

В работе предполагается, что функционирование всех систем, связанных с организацией и использованием арктических коммуникаций, реализуется в виде отдельного набора процессов. В состав набора входят процессы, протекание которых влияет на состояние экологической безопасности исследуемого региона и связанные с реализацией конкретных задач по ее обеспечению. Формальное описание процесса основывается на принципах процессного подхода и представлено в концептуальной модели так: Pro = {Prom},

где Prom = <NmPR, INPR, OUTPR, ExPR, RgPR, ProgPR > (7)

NmPR - название процесса (name of process);

INPR - множество входных атрибутов процесса (inputs of process), являющихся подмножеством ресурсов (INPRcR), поступающих на «вход» процесса;

OUTPR - множество выходных атрибутов процесса (outputs of process), являющихся результатами выполнения процесса, для которых справедливо выражение - OUTPRcR;

ExPR - множество исполнителей процесса (process executors), представляющих собой организационные структуры обеспечения экологической безопасности (ExPRcOS);

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

RgPR - множество регулирующих правил выполнения процесса (regulations of process);

ProgPR - программа мероприятий по реализации процесса (program of process).

Программа мероприятий процесса представляет собой совокупность активностей, выполняющихся в параллельно-последовательном режиме и направленных на получение определенных результатов процесса. В рамках научно-исследовательской работы предлагается использовать проектный подход к организации и управлению отдельными мероприятиями, представленными в программе процесса. За основу была взята концептуальная модель жизненного цикла управления проектами в сфере обеспечения региональной безопасности [1].

В общепринятом представлении проект рассматривается как набор (последовательность) фаз (стадий), которые проходит проект в ходе своего жизненного цикла, а также совокупность свойств, которые характеризует его как относительно обособленный объект исследования:

Pr =< LF, GPr, Type, Rs, Rk, TLF > ^

где

LF - жизненный цикл проекта;

G - цель и задачи проекта;

Type - тип проекта (инвестиционный, некоммерческий, оперативный, стратегический и др.);

Rs - ресурсы, необходимые для реализации проекта;

Rk - риски проекта (для региональной безопасности - угрозы);

TLF - продолжительность жизненного цикла проекта.

LF=<Ph,Lk>, где Ph - множество фаз жизненного цикла, Lk - множество связей между фазами жизненного цикла.

Такая формальная конструкция жизненного цикла проекта соответствует математическим моделям, зарекомендовавшим себя в теории управления проектами, и позволяет представить его в виде ориентированного взвешенного графа. При такой постановке задачи Ph определяет множество вершин орграфа, а Lk задает множество дуг и их характеристики (направление и веса).

Согласно международному стандарту ISO 21500:2014 по управлению проектами выделяется пять основных фаз проекта: инициализация, планирование, исполнение, управление, завершение.

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

Сетевая модель представления жизненного цикла проекта позволяет формулировать и решать разнообразные задачи управления. Основной задачей управления является формирование последовательности выполнения фаз проекта

в зависимости от различных параметров проекта и последующая коррекция хода выполнения проекта в зависимости от результатов реализации конкретной стадии.

Формальное описание фазы проекта представляется в виде следующего кортежа:

Рк, =<Ор1,От1,Бг1,О1,ЯБ1 Т,Т[,Т1П!,Яе^ >

где _

Ор = [о1,}, ] = 1, ЫОр „ ,

] ор - множество операций, которые можно/нужно

выполнить на 1-ой фазе проекта,

гдеЫ1ор - - 1 - *

ор количество операций на 1-ой фазе проекта;

Grl - календарный график выполнения 1-ой фазы проекта;

Stl - множество стейкхолдеров (заинтересованных лиц) на 1-ой фазе проекта;

Gl - цели и задачи 1-ой фазы проекта;

RSl - множество ресурсов, требуемых для выполнения 1-фазы;

Tol и Т^ - начальное и конечное время выполнения 1-ой фазы проекта;

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

^Р1 - продолжительность 1-ой фазы проекта

Resl - результаты выполнения 1-ой фазы проекта.

Каждая операция описывается с точки зрения процессного подхода, выделяя основной процесс, исходные материалы и информацию, исполнителей, регламенты и процедуры выполнения процесса, а так же его результаты. Календарный график реализации фазы проекта предназначен для описания последовательности выполнения определенных операций и представлен в виде сетевой структуры.

Традиционно в качестве стейкхолдеров рассматривают следующих субъектов: инвестор, заказчик, генконтрактор, руководитель проекта, исполнитель проекта, поставщик, официальный регулятор. При российскими исследователями уже разработаны сторонние математические модели, описывающие поведение каждой из заинтересованных сторон в зависимости от их целевых установок и критериев оценки результатов.

Цели и задачи конкретной фазы выполнения проекта определяются в результате декомпозиции цели и задач самого проекта. Для этого можно использовать методы и алгоритмы функционально-целевого подхода исследования сложных систем. В качестве ресурсов рассматриваются как материальные, так и нематериальные объекты, которые необходимы для успешной реализации фазы проекта. Внутренняя структура множества ресурсов определяется путем выделения в нем отдельных подмножеств потребностей и лимитов (ресурсных ограничений).

Согласно основным положениям проектного менеджмента на временные характеристики проекта и его фаз накладываются ограничения:

т1 < г + Т!р < Т1

!Р г - на время реализации фазы проекта;

!

Тр ^ т!Р

1=1 - на соотношение продолжительности проекта и

продолжительности его фаз.

В рамках проводимого исследования результаты выполнения фазы проекта должны влиять на состояние экологической безопасности. Для этого предлагается при оценке результатов реализации фазы сразу формировать ее в виде изменения показателей экологической безопасности.

В результате функционирования разнородных систем коммуникаций в Арктической зоне появляются нештатные ситуации, требующие оперативного вмешательства для возобновления нормального режима деятельности. Такие нештатные ситуации будем называть кризисными. Причинами появления кризисных ситуаций с точки зрения обеспечения экологической безопасности могут являться как техногенные воздействия (выход из строя оборудования, ошибки управления и т.д.), так и природные явления (высокая штормовая активность, сильное электромагнитное излучение естественных источников и др.).

В разработанной концептуальной модели обеспечения экологической безопасности арктических коммуникаций кризисные ситуации представлены следующим образом: Cs {Csw},

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

где Csw = <OCS, SCS ,CCS, ReCS, ECCS> (10)

OCS - множество объектов обеспечения ЭБ (objects of crisis situation), задействованных в кризисной ситуации;

SCS - множество субъектов обеспечения ЭБ (subjects of crisis situation), задействованных в кризисной ситуации;

CCS - класс кризисной ситуации (class of crisis situation), определяющий степень потенциальной угрозы для экологической обстановки;

ReCS - причины появления кризисной ситуации (reasons of crisis situation); ECCS - ожидаемые последствия кризисной ситуации (expected consequence of crisis situation). Ожидаемые последствия кризисной ситуации описываются в терминах появления различных видов загрязнения окружающей среды и уменьшения биоразнообразия природных ресурсов.

Для описания загрязнения окружающей среды используется следующая формализованная конструкция:

Pl = <NmPL, SoPL, TpPL, IndPL>, (11)

где

NmPL - наименование загрязнения (name of pollution); SoPL - источники загрязнения (sources of pollution); TpPL - тип загрязнения окружающей среды (type of pollution); IndPL - множество индикаторов загрязнения (indicators of pollution). В свою очередь множество индикаторов загрязнения IndPL включает в себя элементы Indj, обладающей следующей структурой:

Indj = <NmIND, TpIND, ValIND, ConIND>, (12)

где NmIND - название индикатора загрязнения (name of indicator); TpIND - вид индикатора загрязнения (type of indicator), который может принимать два значения - качественный или количественный;

ValIND - значение индикатора загрязнения (value of indicator); ConIND - ограничения на значение индикатора загрязнения (constraints of indicator), задаваемые нижней и верхней границей значения индикатора, определяющих предельно допустимый диапазон для конкретного индикатора.

В качестве отдельного компонента концептуальной модели вынесена структура информационно-аналитической среды управления экологической безопасностью арктических коммуникаций. Это сделано с целью отделения друг от друга концептов реального и виртуального мира для удобства последующего перехода к онтологическому описанию.

Структура информационно-аналитической среды (ИАС) управления экологической безопасностью арктических коммуникаций состоит из двух фрагментов: описания физического уровня организации распределенной информационной среды и описания логического уровня взаимодействия проактивных сущностей-агентов.

IAE = <PE, LE>,

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

где PE - «физический» уровень организации информационно -аналитической среды (physic environment);

LE - «логический» уровень организации информационно-аналитической среды (logic environment).

Физический уровень представляет собой описание сетевой структуры размещения клиентских устройств и серверов, составляющих фундамент для функционирования информационно-аналитической среды управления экологической безопасностью арктических коммуникаций.

PE = <Cl, Ser, LkPE>,

где Cl - множество клиентских устройств (clients of physic environment), предоставляющих доступ к информационно-аналитической среде;

Ser - множество серверных узлов (servers of physic environment), реализующих функции по предоставлению требуемых данных и сервисов пользователям через программные агенты;

LkPE - множество связей между клиентскими и серверными узлами «физического» уровня (links of physic environment).

Логический уровень представляет собой сетевую структуру, элементами которого являются проактивные сущности - когнитивные агенты, являющиеся виртуальными представителями конкретных субъектов обеспечения экологической безопасности в информационно-аналитической среде.

LE = <A, LkLE>,

где А - множество агентов логического уровня (agents logic environment);

LkLE - множество связей между агентами логического уровня (links of logic environment).

Стоит отметить, что агенты интерпретируются в концептуальной модели как алгоритмические исполнители нетерминального уровня. Они являются исполнителями задач субъектов управления безопасностью в распределенной виртуальной среде. Это обеспечивает возможность моделирования деятельности каждого субъекта управления как автономной проактивной сущности с собственными интересами и целями. Агенты участвуют в решении задач управления безопасностью на всех этапах жизненного цикла угроз экологической безопасности посредством формирования коалиций между агентами, представляющих собой интерпретацию организационной структуры обеспечения безопасности в виртуальном пространстве. Такие проактивные объекты обеспечивают не только имитацию поведения субъектов управления, но и предоставляют информационные сервисы другим агентам, реализуют поиск субъектов совместной деятельности, осуществляют

информационный мониторинг и оценку показателей экологической безопасности в многомерном пространстве критериев[3].

А = {Ai},

Ai = <ID, RA, LocA, FnA, SrA, InfA>, (13)

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

где ID - идентификатор агента на логическом уровне ИАС (identifier of

agent);

RA - роль агента (role of agent), определяет назначение агента в ИАС, может принимать значения - исполнитель, координатор, ответственное лицо, заказчик и т.д.;

LocA - местоположение агента в ИАС (location of agent), искусственно введенный атрибут, отвечающий за возможность однозначного определения места «физического» нахождения агента в среде. Например, при реализации ИАС на базе технологий Интернета в роли данного местоположения выступает IP и MAC адреса сетевого узла, где располагается агент.

FnA - набор функций (functions of agent), который может выполнять агент, зависит от текущей роли агента;

SrA - набор сервисов (services of agent), которые может предоставить агент другим агентам;

InfA - множество информационных ресурсов (information of agent), которыми владеет агент.

В рамках разработанной концептуальной модели обеспечения экологической безопасности арктических коммуникаций предлагается все отношения между концептами разбить на три общих класса в зависимости от того, между какими компонентами они определены.

R = {Rsd, Rsdle, Rlepe},

где

Rsd - обобщенный класс отношений, содержащий в себе отношения, устанавливающие взаимосвязи между концептами предметной области (relations of subject domain). Например, отношение включения субъекта управления в состав организационной структуры Rsos (Rsos: S ^ OS).

Rsdle - обобщенный класс отношений, содержащий в себе отношения, устанавливающие взаимосвязи между концептами предметной области и логического уровня информационно-аналитической среды (relations of subject domain and logic environment). Например, отношение представления субъекта управления в виртуальной среде Rsa (Rsa : S ^ A).

Rlepe - обобщенный класс отношений, содержащий в себе отношения, устанавливающие взаимосвязи между концептами логического и физического уровней информационно-аналитической среды (relations of logic and physic environments). Например, размещение проактивного агента в виртуальной среде Racl (Racl: a ^ Cl).

На текущем этапе реализации научно-исследовательского проекта каждый из вышеперечисленных классов отношений частично определен в концептуальной модели. Продолжается работа по формированию полностью покрывающих множеств отношений между выделенными объектами формализованного описания в зависимости от решаемых задач управления.

Для применения разработанной формализованной концептуальной модели обеспечения экологической безопасности арктических коммуникаций в

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

качестве структурированной базы знаний было осуществлено представление концептов и отношений модели в виде прикладной онтологии. Для построения онтологического описания использовался редактор онтологий Protégé 5.2.

На рисунке 2 представлен фрагмент онтологического описания, содержащий информацию об источниках загрязнения окружающей среды.

Рис. 2. Фрагмент прикладной онтологии обеспечения экологической безопасности арктических коммуникаций

В перспективе построенная прикладная онтология обеспечения экологической безопасности арктических коммуникаций будет использоваться в качестве фундамента для разработки программных средств, обеспечивающих развертывание и функционирование соответствующей информационно-аналитической среды. На данном этапе исследования прикладная онтология использовалась для автоматизированного синтеза комплекса имитационных моделей обеспечения экологической безопасности.

Заключение

В эпоху становления цифровой экономики РФ разработка методов и средств информационной поддержки управления сложными природно-промышленными и социально-экономическими системами является приоритетным направлением научно-прикладных исследований в сфере информационных технологий. К подобному типу сложных систем относятся и разнообразные компоненты арктических коммуникаций, в частности, Северный морской путь. Специфика арктических коммуникаций, проявляющаяся в погодно-климатических и технологических особенностях ведения хозяйственной деятельности, заставляет предъявлять повышенные требования к средствам и методам управления в части оперативности обработки информации и принятия

управленческих решений. Для удовлетворения таких ограничений в работе предлагается использовать принципы сетецентрического управления для организации единой виртуальной среды обеспечения экологической безопасности.

На данном этапе исследования предложено формализованное концептуальное описание обеспечения экологической безопасности арктических коммуникаций, позволяющее осуществить структуризацию знаний о предметной области с помощью выделения основных концептов и отношений между ними. Для практического использования концептуальная модель была трансформирована в прикладную OWL-онтологию, что позволит использовать ее для реализации автоматизированных процедур генерации структуры имитационных моделей и формирования хранилища данных.

Литература

1. Быстров В.В., Маслобоев А.В. Концептуальная модель жизненного цикла управления проектами в сфере обеспечения региональной безопасности // Информационные системы и технологии. - 2018. - №3(107). - С. 48-56.

2. Куватов, В.А. Потенциал Северного морского пути Арктической зоны России. Факторы и стратегия развития / В.А. Куватов, Д.В. Козьмовский, Н.В. Шаталова // Интернет-журнал «НАУКОВЕДЕНИЕ» - Выпуск 6 (25) -2014 - С.1-16 (режим доступа: https://naukovedenie.ru/PDF/20TVN614.pdf)

3. Маслобоев, А.В. Исследование и разработка моделей и методов информационной поддержки управления региональной безопасностью (на примере Мурманской области) / А.В. Маслобев / Диссертация на соискание степени доктора наук - Апатиты: КНЦ РАН - 2016, 314 с.

4. Смирнов А.С., Стариченков А.Л., Стариченкова Е.М., Малыгин И.Г. Управление безопасностью водных транспортных средств при чрезвычайных ситуациях: монография // под редакцией В.С. Артамонова. - СПб: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2013. -184 с.

Сведения об авторах

Быстров Виталий Викторович - к.т.н., старший научный сотрудник

Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте наш сервис подбора литературы.

е-mail: bystrov@iimm.ru

Vitaliy V. Bystrov - PhD, senior researcher

Халиуллина Дарья Николаевна - к.т.н., научный сотрудник

е-mail: khaliullina@iimm.ru

Darya N. Khaliullina - PhD, researcher