CC BY
44
УДК 630.432
интеллектуальная система прогнозирования лесных пожаров
М.В. Берестенькова
ФГБОУ ВПО «Сибирский государственный технологический университет», 660049, Красноярск, пр. Мира, 82, kaprizzz777@mail.ru
В статье описывается интеллектуальная система прогнозирования лесных пожаров. Рассматриваются принципы построение интеллектуальных систем и концепция архитектуры разрабатываемой системы.
Ключевые слова: интеллектуальная система, лесные пожары
This paper describes an intelligent forecasting system of forest fires. The principles of the construction of intelligent systems and the concept of the developed system architecture.
Key words: intelligent system, forest fires
ВВЕДЕНИЕ
По данным ИСДМ «Рослесхоз» за 2011 год на территории Российской Федерации зафиксировано 8662 крупных лесных пожара, общая площадь лесов, пройденная огнём, составила 7547100 га. Пожары наносят лесному хозяйству РФ больший урон, чем незаконные рубки. Стоимость тушения одного крупного пожара может исчисляться миллионами рублей.
В свете огромных ежегодных затрат на борьбу с лесными пожарами становится актуальной задача прогнозирования развития лесных льжаров дли контроля за эффективностью расходования средств, выделяемых на эти нужды. Данная задрча, дамада себе, является не тривиальной из-за сложностисуЬъ-екта прогнозирования и количества внешлихфаыао-ров влияющих на его динамику (Доррер, 2008).Для решения задачи прогнозирования и моделирования лесных пожаров была предложена концепция пнтал-лектуальной системы прогнозирования лесных пожаров.
интеллектуальные системы
Интеллектуальная система - это система управления, которая соответствует следующим пяти принципам организации интеллектуальной управляющей структуры:
- наличие тесного информационного взаимодействия управляющих систем с реальным внешним миром и использование специально организованных информационных каналов связи;
- принципиальная открытость систем для повышения интеллектуальности и совершенствования собственного поведения;
- наличие механизмов прогноза изменений внешнего мира и собственного поведения системы в динамически меняющемся внешнем мире;
- построение управляющей системы в виде многоуровневой иерархической структуры в соответствии с правилом: повышение интеллектуальности и снижение требований к точности по мере повышения ранга иерархии в системе;
- сохраняемость функционирования при разрыве связей или потере управляющих воздействий от высших уровней иерархии управляющей структуры.
Для реализации указанных выше пяти принципов в интеллектуальной системе необходимо предусмотреть следующие слои обработки информации:
- слой прогноза событий;
- слой самообучения и адаптации;
- слой работы с базами событий, знаний и форми-р онаношсешенша
-вааоанительный плвз. (Мараавл,2001)
Барярь плвманнащоишщрысоздания рыреллек-^ахгных рнатем,рспьаоьанакоацепща[инрернен-а.ажньйвидтемоххрюгнозофскшрд лесш>1хможаров.
АРХИТФЕТУРАСИСТЕМЫ
Касцепцняархитектуры системы заключается в сооданииизтпределённогопы>иложенияарвазвен-асшархитектурь^р абочий цикл которого представ-ыен ра рто^ам 1, фщюм которрглбудет яааиться хранилище данных (ХД) (Никитина, 2005), доступ ккотороогизвне будет осуществляться через про-
Прогнозирование развит я пожаров на основе факт чески х дани ы х
Рисунок 1- Схемафункционированияпрограммного комплекса
граммные интерфейсы (Якимов, 2005), обеспечивающие доступ к ХД клиентскими приложениям разработанным на основе комплекта средств разработки, так называемый SDK (System Development Kit) (рисунок 2). Подобная трёхзвенная архитектура информационной системы позволит быстро приспособить систему к существующим на предприятиях лесопожарной охраны бизнес процессам за счёт изменяемой динамической части (Якимов, 2005) системы реализованной в виде SDK и клиентских приложений. А также при эксплуатации позволит в значительной степени «безболезненно» изменять функционал системы, не затрагивая большую её часть.
Центральное звено системы - модуль интеллектуального управления, представляет собой логическое средство искусственного интеллекта. Известны разные логические исчисления и методы поиска выводов, ориентированные на компьютерную реализацию (Васильев, 2000). В данном модуле планируется использовать метод представление и обработки знаний на языке по-формул.
Первый, статический (Якимов, 2005), уровень программного комплекса - центральное хранилище данных (ЦХД) - должен обеспечивать накопление и хранение всей необходимой информации о пожарах, погоде и местности, в которой проис-
ходит пожар, собранной из различных источников и обработанной для удобства использования при решении задач информационной системы. Также в ЦХД должны храниться прогнозы развития пожаров, необходимые для определения точности и целесообразности применения различных методов прогнозирования и коррекции последних.
На первоначальных этапах для наполнения ЦХД данными планируется использовать информационную систему дистанционного мониторинга (ИСДМ) «Рослесхоз». Однако наличие в системе унифицированного программного интерфейса загрузки данных из внешних источников и реализация третьего уровня приложения в виде SDK, позволит в перспективе приспособить систему к получению необходимой информации из любых иных доступных источников.
Организация собственного хранилища, отдельного от ХД ИСДМ «Рослесхоз» и других, обоснована спецификой представления данных необходимого для прогнозирования и моделирования развития пожаров, и позволит клиентским приложениям прогнозирования быстро получать всю необходимую им информацию.
Второй, интерфейсный, уровень системы -программные интерфейсы доступа к данным ЦХД - должен обеспечивать унифицированные возмож-
Снимки пожара, карты, фактические контуры, прогноз погоды
Прогноз развития пожара
N И
Центральное хранилище данных
(Характеристики леса, характер местности, метеоданные в районе пожара, космические снимки пожара, карточки лесного пожара, отчет о ликвидации пожара, другие данные)
ядро системы
Рисунок 2 - Структура интеллектуальной системы
ности для загрузки данных в ЦХД из независимых источников, предоставления доступа к данным ЦХД независимым клиентским приложениям и администрирования самого ЦХД.
Реализация программных интерфейсов доступа к данным ЦХД планируется в виде приложений, с одной стороны, способных напрямую обращаться к ЦХД, выбирать из него информацию и добавлять новую, с другой стороны способных принимать запросы от клиентских приложений, обрабатывать их и возвращать клиентам результаты.
На первоначальных этапахразработкиИС планируется теахиыхциялршь нзоотчыынповграмм-ных интерфечсаы рочтупакданоым, обеспечи-
вающих минимальный необходимый для работы системы набор функций. Однако, в перспективе, при полной реализации системы (рис. 3), возможно расширение количества программных интерфейсов для обеспечения полного цикла работы программного комплекса.
Создание второго уровня программного комплекса позволит контролировать доступ к ЦХД нзвне и производить базохую предобработку поступающих данных, преобразуя их к различным форматам хранения и передачи данных. Также на-онопб нторого уроння приложенчн позводит избежать измеоенияолйеорских часаоб прбераммного компходсапри смевоЫрХДчнаобооов.
Рисунок 3 - Полная реализсция интелленоуаньноЫС систсмы
Третий, динамический, уровень системы - комплекта средств разработки и клиентские программы обработки данных и прогнозирования - должен обеспечивать возможность обмена данными с программными интерфейсами доступа к данным ИС вновь разрабатываемых и интеграцию уже существующих программных средств прогнозирования и моделирования лесных пожаров.
Реализация SDK планируется в виде динамически подключаемых библиотек (DLL), предоставляющих разработчикам набор классов, необходимых для интеграции их приложений с системой путём взаимодействия с программными интерфейсами доступа к данным. Выпускать SDK планируется поэтапно, по мере развития функционала поддерживаемого программными интерфейсами доступа к данным, но с поддержкой полной обратной совместимости.
Наличие в составе системы SDK позволит повысить общую надёжность системы, снизить риск её взлома и несанкционированного доступа, повысить гибкость системы за счёт изменяемости её третьего уровня. Кроме того, используя SDK, предприятия легко смогут адаптировать свои ИС для использования результатов работы системы, а разработчики нового ПО прогнозирования и моделирования лесных пожаров получат готовый инструмент для получения обработанных исходных данных.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В работе были рассмотрены понятие интеллектуальных систем, существующие принципы построение таких систем. Предложена концепция архитектуры интеллектуальной системы прогнозирования лесных пожаров. В архитектуре выделены уровни доступа и описаны интерфейсы системы.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИй СПИСОК
Васильев С.Н. Интеллектуальное управление динамическими системами (Текст) / С.Н. Васильев, А.К. Жер-лов, Е.А Федосов, Б.Е. Федунов. - М.: Физико-математическая литература, 2000 - 352 с.
Динамически подключаемая библиотека (Электронный ресурс) / Wikimedia Foundation Inc. - Сан-Франциско., 2009. - Режим доступа : http://ru.wikipedia.org/wiki/DLL
Доррер, Г. А. Динамика лесных пожаров (Текст) / Г. А. Дор-рер; Ин-т вычислительного моделирования СО РАН, М-во образования и науки РФ, Федеральное агентство по образованию, Сиб. гос. технологический у-нт - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008. - 404 с., 85 ил., 16. табл.
Класс (программирование) (Электронный ресурс) / Wikimedia Foundation Inc. - Сан-Франциско., 2009.
- Режим доступа : http://ru.wikipedia.org/wiki/Класс_ (программирование)
Лесной бюллетень (Электронный ресурс) / Forest.ru. - Режим доступа : http://www.forest.ru/rus/bulletin/27/4.html
Макаров И.М. Интеллектуальные системы автоматического управления (Текст) / И.М. Макаров, В.М. Лохина.
- М.: Физико-математическая литература, 2001 - 576 с.
Никитина, М.И. Системы и технологии поддержки принятия решений: Учебное пособие (Текст) / М.И. Никитина; Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2005. - 131с.
Обратная совместимость (Электронный ресурс) / Wikimedia Foundation Inc. - Сан-Франциско., 2009. -Режим доступа : http://ru.wikipedia.org/wiki/Обратная_ совместимость
ФГУ «Авиалесохрана» (Электронный ресурс) / ИСДМ Рослесхоз. - Пушкино., 2009. - Режим доступа : http://www.aviales.ru/start. aspx
Якимов, С.П. Динамический полиморфизм - современное расширение концепции объектно-ориентированного подхода (Текст) / С.П. Якимов; Красноярск, 2005.
SDK (Электронный ресурс) / Wikimedia Foundation Inc.
- Сан-Франциско., 2009. - Режим доступа : http:// ru.wikipedia.org/wiki/SDK
Поступила в редакцию 01 ноября 2012 г. Принято к печати 07 декабря 2012 г.
