CC BY
61УДК 004.822:620.9
ОНТОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ УГРОЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
Ворожцова Татьяна Николаевна
к.т.н., вед. инженер, e-mail: tnn@isem.irk.ru Пяткова Наталья Ивановна
к.т.н., зав. лабораторией, e-mail: nata@isem.irk.ru Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН 664130 г. Иркутск, ул. Лермонтова 130
Аннотация. Предлагаемая в статье онтологическая модель угроз энергетической безопасности является частью разрабатываемого в ИСЭМ СО РАН онтологического пространства знаний предметной области энергетики. Онтологии используются для систематизации и формализованного представления знаний исследователей, являющихся экспертами в соответствующей предметной области. Выполненный онтологический инжиниринг, как процесс выявления базовых понятий и взаимосвязей между ними является основой при разработке интеллектуальных инструментальных средств для поддержки принятия решений в исследованиях энергетики. Представленная онтологическая модель угроз энергетической безопасности базируется на работах специалистов ИСЭМ СО РАН, занимающихся исследованиями данной проблемы, и предназначена для структуризации, формализации и обмена знаниями между исследователями-энергетиками и специалистами в области информационных технологий.
Ключевые слова: онтологический инжиниринг, онтология, моделирование знаний, энергетическая безопасность, метаонтология.
Введение. Исследования проблемы энергетической безопасности (ЭБ) России и ее регионов являются одним из важных направлений в ИСЭМ СО РАН. Такая работа выполняется специалистами-энергетиками в рамках исследований проблем надежности систем энергетики [7]. Накопленные знания и опыт исследователей в данном направлении представлены в виде баз данных, математических моделей, алгоритмов и методических подходов к решению задач. В современных условиях в связи с концепцией развития интеллектуальной энергетики расширяется круг задач, требующих более широкой информационной и интеллектуальной поддержки. В лаборатории информационных
технологий в энергетике ИСЭМ СО РАН разрабатывается комплекс инструментальных средств, базирующихся на семантическом подходе к моделированию знаний. В частности, предлагается использование принципов и методов ситуационного управления для поддержки принятия решений в энергетике [4, 5]. Под процессом принятия стратегических решений понимается обоснование выбора направлений деятельности по поддержанию бездефицитного снабжения потребителей необходимыми топливно-энергетическими ресурсами. Это непосредственно связано с выявлением и классификацией угроз ЭБ, оценкой этих угроз и разработкой соответствующих мер профилактики и устранения угроз. Информационная и интеллектуальная поддержка таких исследований предполагает формализованное представление знаний в соответствующей предметной области. Один из возможных способов формализации - это разработка онтологий, которые выявляют взаимосвязи основных понятий, что способствует структурированию необходимых знаний для использования в программных инструментах, разрабатываемых для интеллектуальной поддержки принятия решений [2].
Угрозы энергетической безопасности. В ИСЭМ СО РАН в рамках исследований по ЭБ была выполнена работа по описанию основных терминов в этой области и выпущен сборник «Энергетическая безопасность. Термины и определения» [11], в котором дано следующее определение угроз ЭБ - это совокупность внутренних экономических, социально-политических, техногенных, природных, управленческо-правовых, а также внешнеполитических и внешнеэкономических условий и факторов, создающих опасность ослабления энергетической безопасности. Определение состава потенциально возможных угроз и формирование на этой основе сценариев возмущений для систем энергетики и ТЭК в целом является одной из задач исследования проблем энергетической безопасности. Выполненный специалистами анализ угроз ЭБ [9, 10] классифицирует их следующим образом:
• Экономические, обусловленные состоянием экономических отношений и экономической политики государства, а также дестабилизирующие факторы и диспропорции в энергетике производственно-экономического характера. К ним относятся дефицит инвестиционных ресурсов, задолженность предприятий ТЭК, экономически необоснованное ценообразование на топливно-энергетические ресурсы и другие.
• Социально-политические, обусловленные внутренними социальными и политическими процессами, в частности, трудовыми конфликтами и забастовками на предприятиях ТЭК, разногласием между региональными и федеральными властями,
противоправными действиями руководства предприятий - монополистов в предоставлении услуг и другими.
• Техногенные, обусловленные производственной деятельностью в энергетическом секторе, связанные с авариями и приводящие к снижению производительности энергетических объектов, сокращению энергетических резервов и длительным перерывам в энергоснабжении.
• Природные, обусловленные факторами и явлениями, неблагоприятными для нормального функционирования систем энергетики, такие как стихийные бедствия, длительное маловодье на реках с гидроэлектростанциями, аномально суровые зимы и другие.
• Управленческо-правовые, обусловленные неэффективностью государственного, корпоративного и технологического управления, неполнотой энергетического законодательства и ведущие к неэффективной энергосберегающей политике государства.
• Внешние (внешнеполитические и внешнеэкономические), обусловленные дискриминационными действиями иностранных государств и юридических лиц, критической зависимостью ТЭК от импорта энергетического оборудования, комплектующих и запасных частей.
В современных условиях к перечисленным группам угроз необходимо добавить киберугрозы, как наиболее важную группу угроз, обусловленных широким использованием компьютерных систем и интернета на разных уровнях управления энергетикой.
Разработка онтологии угроз ЭБ. Разработка онтологии угроз энергетической безопасности выполнена на основе классификации, представленной в работах [1, 6, 8], Графическое представление онтологии угроз ЭБ, выполненное с использованием инструмента СтарТоо^, показано на рисунке 1 и отражает в более наглядном виде описанную выше классификацию.
Рис. 1. Угрозы энергетической безопасности
Представленная схема взаимосвязей между понятиями демонстрирует только иерархическую структуру взаимосвязей между понятиями.
Любая из угроз имеет последствия, которые также необходимо анализировать и классифицировать для их предотвращения или устранения с помощью соответствующих мер. На рис. 2 представлены основные характеристики работы предприятий энергетического сектора, на которые могут оказать влияние описанные выше угрозы при их реализации. Эти проявления последствий связаны с разными подсистемами рассматриваемого объекта энергетики, такими как техническая, материально-энергетическая, финансовая и кадровая.
Рис. 2. Влияние последствий угроз ЭБ на показатели предприятий энергетики
Из всей совокупности возможных угроз энергетической безопасности специалисты выделяют особую группу стратегических угроз, которые чреваты долговременным и масштабным сдерживанием темпов развития национальной экономики. Стратегическая компонента энергетической безопасности рассматривается как состояние защищенности страны или ее региона от угроз, массового нарушения бесперебойности энергоснабжения из-за физической или экономической недоступности энергоресурсов необходимого качества. На рис. 3 представлены стратегические угрозы энергетической безопасности.
Рис. 3. Стратегические угрозы энергетической безопасности
Систематизация угроз ЭБ является исходным этапом для их идентификации, т.е. определения, где, когда и с какой интенсивностью может проявиться конкретная угроза. Это определяется с помощью системы показателей - индикаторов ЭБ [3, 6]. Индикативный анализ базируется на оценке ситуации с помощью количественных показателей, которые характеризуют степень угроз энергетической безопасности. Вычисленные индикаторы сравниваются с пороговыми значениями, а пороговые значения разделяют ситуации в зависимости от уровня критичности на три основных качественных состояния:
• Нормальное (обеспечивается приемлемое значение всех или большинства индикаторов)
• Предкризисное (угрозы начинают приобретать существенную значимость, но этот процесс может быть преодолен принятием соответствующих превентивных мер)
• Кризисное (характеризуется существенными негативными тенденциями, которые угрожают развитию системы и требуют мер со значительными затратами).
Принятие стратегических решений, связано с оценкой ситуации на объектах энергетики и топливно-энергетического комплекса (ТЭК) в целом, а также с выбором основных направлений их дальнейшего функционирования и развития. На рис. 4 представлены основные индикаторы ЭБ регионального уровня.
Рис. 4. Индикаторы ЭБ регионального уровня
Индикаторы отражают три основные группы показателей, характеризующих блоки: производственной и ресурсной обеспеченности, надежности топливо- и энергоснабжения и состояния основных производственных фондов. Данная схема отражает также основные показатели работы предприятий, которые участвуют в вычислении индикаторов и соответственно влияют на состояние ЭБ.
Заключение. Предлагаемая совокупность онтологий угроз ЭБ, последствий угроз ЭБ, а также индикаторов ЭБ, является частью пространства знаний, необходимых для
«Информационные и математические технологии в науке и управлении» 2017 № 3 (7)
реализации методов ситуационного управления в энергетике [12], в частности, при разработке интеллектуальных инструментальных средств для поддержки принятия решений. Использование онтологической модели угроз ЭБ предполагается при реализации разрабатываемого прототипа интеллектуальной системы для стратегического ситуационного управления развитием критических инфраструктур на примере энергетической инфраструктуры [5]. Данные онтологии также являются необходимой составной частью общего онтологического пространства знаний, являющихся базой при разработке портала знаний в области энергетики.
Работа выполнена при частичной финансовой поддержке грантов РФФИ № 16-07-00474 и № 16-07-00569.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Воропай Н.И., Сендеров С.М.. Энергетическая безопасность: Сущность, основные проблемы, методы и результаты исследований // Материалы открытого семинара «Экономические проблемы энергетического комплекса». Москва. ИНП РАН. 2011. 89 с.
2. Массель Л.В., Ворожцова Т.Н., Макагонова Н.Н. Методологические аспекты ситуационного управления на основе системы онтологий // Труды XX Байкальской всероссийской конференции «Информационные и математические технологии в науке и управлении». Т.3. Иркутск. ИСЭМ СО РАН. 2015. С. 124-131.
3. Массель Л.В., Ворожцова Т.Н., Пяткова Н.И. Онтологический инжиниринг для поддержки принятия стратегических решений в энергетике // Онтология проектирования. 2017. № 1 (23). С. 66-76.
4. Массель Л.В., Массель А.Г. Технологии и инструментальные средства интеллектуальной поддержки принятия решений в экстремальных ситуациях энергетике // Вычислительные технологии. 2013. Т.18. С. 37-44.
5. Массель Л.В. Проблемы создания интеллектуальных систем семиотического типа для стратегического ситуационного управления в критических инфраструктурах // Информационные и математические технологии в науке и управлении. 2016. №1. С. 7-27.
6. Методические рекомендации по оценке состояния энергетической безопасности Российской Федерации на федеральном уровне / С.М. Сендеров, В.И. Рабчук, Г.Б. Славин, Н.И. Пяткова, М Б. Чельцов. Иркутск: ИСЭМ СО РАН. 2013. 36 с.
7. Надежность систем энергетики: Проблемы, модели и методы их решения / А.Ф. Дьяков, В.А. Стенников, С.М. Сендеров и др.; Отв. ред. Н.И. Воропай. Новосибирск: Наука. 2014.
284 с.
8. Савельев В.А., Сендеров С.М., Батаева В.В. Анализ состояния топливно-энергетического комплекса и расчет показателей энергетической безопасности регионов: Учеб. пособие / ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». Иваново. 2010. 76 с.
9. Энергетическая безопасность России / В.В. Бушуев, Н.И. Воропай, А.М. Мастепанов, Ю.К. Шафрани и др. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН. 1998. 302 с.
10. Энергетическая безопасность России: проблемы и пути решения / Н.И. Пяткова [и др.]; отв. ред. Н.И. Воропай, М.Б. Чельцов; Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, Ин-т систем энергетики им. Л.А. Мелентьева. Новосибирск: Изд-во СО РАН. 2011. 198 с.
11. Энергетическая безопасность. Термины и определения / Отв. редактор чл.-корр. РАН Воропай Н.И. М.: «ИАЦ Энергия» 2005. 60 с.
12. Vorozhtsova T.N, Pjatkova N.I. Ontology engineering threats to energy security / Proceeding of International Workshop "Critical Infrastructures: Contingency Management, Intelligent, Agent-based, Cloud Computing and Cyber Security (CI: CM/IACC.CS - 2017)". Иркутск. ИСЭМ СО РАН. 2017. Pp. 24-26.
UDK 004.822:620.9
ONTOLOGICAL MODEL OF ENERGY SECURITY THREATS Tatyana N. Vorozhtsova
Ph. D., leading engineer, e-mail: tnn@isem/irk/ru Natalya I. Pyatkova Ph. D., Head of laboratory of Energy Systems Institute, e-mail: nata@isem.irk.ru Melentiev Energy Systems Institute Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences 130, Lermontov Str., 664033, Irkutsk, Russia
Abstract. The ontological model of energy security threats proposed in the article is part of developed ontological knowledge space of the energy subject domain at ISEM SB RAS. Ontologies are used to systematize and formalize the knowledge of researchers who are experts in the relevant subject area. Made ontological engineering as the process of identifying underlying concepts and relationships between them is the basis for the development of intelligent tools for decision support in energy research. The presented ontological model of energy security threats is based on the work of ISEM SB
Bopow^ea T.H., nnmKoea H.H.
RAS specialists engaged in the research of this problem and is intended for structuring, formalizing and sharing knowledge between energy researchers and specialists in the field of information technologies.
Keywords: ontology engineering, ontology, knowledge modeling, energy security, metaontology.
References
1. Voropaj N.I., S.M. Senderov S.M. Energeticheskaya bezopasnost': Sushchnost', osnovnye problemy, metody i rezul'taty issledovanij [Energy security: Essence, main problems, methods and results of research] // Materialy otkrytogo seminara «EHkonomicheskie problemy ehnergeticheskogo kompleksa» = Materials of an open seminar "Economic problems of a power complex". Moskva. INP RAN. 2011. 89 p. (in Russian)
2. Massel' L.V., Vorozhcova T.N., Makagonova N.N. Metodologicheskie aspekty situacionnogo upravleniya na osnove sistemy ontologij [Methodological aspects of situational management based on the system of ontology] // XX Bajkal'skaya vserossijskaya konferenciya «Informacionnye i matematicheskie tekhnologii v nauke i upravlenii»: Trudy = XX Baikal International Conference "Information and mathematical technologies in science and management: proceeding". T.3. Irkutsk. MESI SO RAN. 2015. Pp. 124-131. (in Russian)
3. Massel' L.V., Vorozhcova T.N., Pyatkova N.I. Ontologicheskij inzhiniring dlya podderzhki prinyatiya strategicheskih reshenij v ehnergetike [Ontology engineering to support strategic decision-making in the energy sector] // Ontologiya proektirovaniya = Ontology of designing. 2017. № 1 (23). Pp. 66-76. (in Russian)
4. Massel' L.V., Massel' A.G. Tekhnologii i instrumental'nye sredstva intellektual'noj podderzhki prinyatiya reshenij v ehkstremal'nyh situaciyah ehnergetike [Technologies and tools that support intelligent decision making in extreme situations energy] // Vychislitel'nye tekhnologii = Computational Technologies. 2013. T. 18. Pp. 37-44. (in Russian)
5. Massel' L.V. Problemy sozdaniya intellektual'nyh sistem semioticheskogo tipa dlya strategicheskogo situacionnogo upravleniya v kriticheskih infrastrukturah [The problem of intelligent systems creating of a semiotic type for strategic situational management in critical infrastructures] // Informacionnye i matematicheskie tekhnologii v nauke i upravlenii = Information and mathematical technologies in science and management. 2016 № 1(27) Pp. 7-27. (in Russian)
6. Metodicheskie rekomendacii po ocenke sostoyaniya ehnergeticheskoj bezopasnosti Rossijskoj Federacii na federal'nom urovne [Methodical recommendations for assessing the state of energy security of the Russian Federation at the federal level] / S.M. Senderov, V.I. Rabchuk, G.B. Slavin, N.I. Pyatkova, MB. CHel'cov. Irkutsk: MESI SO RAN. 2013. 36 p. (in Russian)
«Information and mathematical technologies in science and management» 2017 № 3 (7)
7. Nadezhnost' sistem ehnergetiki: Problemy, modeli i metody ih resheniya [Reliability of energy systems: Problems, models and solution methods] / A.F. D'yakov, V.A. Stennikov, S.M. Senderov i dr.; Otv. red. N.I. Voropaj. Novosibirsk: Nauka = Science. 2014. 284 p. (in Russian)
8. Savel'ev V.A., Senderov S.M., Bataeva V.V. Analiz sostoyaniya toplivno-ehnergeticheskogo kompleksa i raschet pokazatelej ehnergeticheskoj bezopasnosti regionov: Ucheb. posobie [State analysis of the fuel and energy complex and calculation of the energy security indicators in the regions: Textbook] / GOUVPO «Ivanovskij gosudarstvennyj ehnergeticheskij universitet imeni V.I. Lenina»= State Educational Institution of Higher Professional Education Ivanovo State Power University named after V.I. Lenin. Ivanovo. 2010. 76 p. (in Russian)
9. Energeticheskaya bezopasnost' Rossii [Energy Security of Russia] / V.V. Bushuev, N.I. Voropaj, A.M. Mastepanov, YU.K. SHafrani i dr. Novosibirsk: Nauka. Sibirskaya izdatel'skaya firma RAN = Science. The Siberian publishing house of RAS. 1998. 302 p. (in Russian)
10. Energeticheskaya bezopasnost' Rossii: problemy i puti resheniya [Energy Security in Russia: Problems and Solutions] / N.I. Pyatkova [i dr.]; otv.red. N.I. Voropaj, M.B. CHel'cov; Ros. akad. nauk, Sib. otd-nie, In-t sistem ehnergetiki im. L.A. Melent'eva. Novosibirsk: Izd-vo SO RAN = The publishing house of SB RAS. 2011. 198 p. (in Russian)
11. Energeticheskaya bezopasnost'. Terminy i opredeleniya [Energy security. Terms and Definitions] / Otv. redaktor chl.-korr. RAN Voropaj N.I. Moscow. «IAC EHnergiya» = The publishing center "Energy". 2005. 60 p. (in Russian)
12. Vorozhtsova T.N, Pjatkova N.I. Ontology engineering threats to energy security / Proceeding of International Workshop "Critical Infrastructures: Contingency Management, Intelligent, Agent-based, Cloud Computing and Cyber Security (CI: CM/IACC.CS - 2017)". Irkutsk. MESI SB RAS. 2017. Pp. 24-26.
