CC BY
19
УДК 004.658
ПОСТАНОВКА НАУЧНОЙ ЗАДАЧИ ОБОСНОВАНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО ВАРИАНТА АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ В ИНТЕРЕСАХ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В ЧРЕЗВЫЧАЙНОЙ
СИТУАЦИИ
A.A. Везвесильная
кандидат педагогических наук, заведующий кафедрой (информатики и вычислительной техники) Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск
E-mail: ang66Qyandex.ru
А.А. Литвин
преподаватель кафедры (информационных систем и технологий) Академия гражданской защиты МЧС России Адрес: 141435, Московская обл., г.о. Химки, мкр. Новогорск
E-mail: Kist31Qyandex.ru
В.П. Смирнов
доктор технических наук
генеральный директор
Научно-производственный центр
Информационных региональных систем
Адрес: 140030, Московская обл., Люберецкий р-н, п.
Малаховка, ул. Шоссейная, д.la, E-mail:
gline-npcircQmail.ru
Аннотация. В рамках сформулированной научной задачи определены исходные данные для обоснования оптимального варианта автоматизации процесса обработки данных по природным пожарам, представлена целевая функция в виде зависимости времени обработки информации о термических аномалиях от перечня автоматизированных операций, определены управляемые переменные, ограничения по объему финансирования на проведение автоматизации операций, в интересах поддержки принятия решений в чрезвычайной ситуации. Ключевые слова: природные пожары, термоточки, космический мониторинг, оперативное доведение информации, поддержка принятия решений в чрезвычайных ситуациях. Цитирование: Везвесильная A.A., Литвин A.A., Смирнов В.П. Постановка научной задачи обоснования оптимального варианта автоматизации процесса обработки данных в интересах поддержки принятия решений в чрезвычайной ситуации // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2018. № 4 (39). С. 66-71
Природные пожары - одно из наиболее частых и опасных природных явлений, как в нашей стране, так и за рубежом. Статистика природных пожаров в Российской Федерации свидетельствует о том, что только в 2017 году при ликвидации природных пожаров было задействовано более 1,3 млн человек и свыше 238 тысяч единиц техники, от МЧС России более 170 тыс. человек и 25 тыс. единиц техники.
Природный пожар - неконтролируемый процесс горения, стихийно возникающий и распространяющийся в природной среде [1]. Природные пожары могут возникать как сами по себе (сильная жара, сухая гроза), так и в результате человеческой деятельности (поджог сухой травы).
В первом полугодии 2018 года (по данным
Рослесхоза) пожары охватили вдвое больше лесных земель в Российской Федерации, чем в аналогичный период прошлого года. Больше всего пострадал Дальневосточный федеральный округ (сгорело более 1,5 млн га леса).
Лесные пожары приносят огромный ущерб природе, приводят к человеческим жертвам и большому материальному ущербу. Если вовремя не обнаружить очаги пожаров, огонь, зародившийся глубоко в лесу, дойдет и до населенных пунктов. Для своевременного обнаружения очагов пожара необходимо проводить мониторинг территорий.
Существуют несколько основных способов мониторинга лесных пожаров: визуальный осмотр, наблюдение с помощью спутников, наблюдение с помощью беспилотных ле-
татсльных аппаратов. В качестве вспомогательных способов мониторинга лесных пожаров используется осмотр территорий с воздуха. Наблюдение осуществляют с вертолетов, самолетов, беспилотных летательных аппаратов, которые могут делать видеозапись. Спутниковый мониторинг один из наиболее перспективных видов мониторинга лесных пожаров. Спутники с помощью сканеров производят снимки в инфракрасном спектре, что позволяет узнать разницу температур и определить, где в настоящий момент происходит лесной пожар. Данные спутниковые снимки проходят первичную обработку (коррекцию пикселов, географическую привязку и т.д.) в специальных системах дистанционного зондирования Земли.
Основными задачами, решаемыми МЧС России, является предупреждение и контроль чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера на территории Российской Федерации. Наиболее перспективным способом решения данных задач является дистанционное зондирование земли из космического пространства, выполняемое системой косми-
ческого мониторинга (далее СКМ). Реализация данной функции возложено на Управление (космического мониторинга) Национального центра управления в кризисных ситуациях (далее НЦУКС), которое в настоящее время успешно выполняет задачу но обработке космических данных и поиску условных термических аномалий (далее термоточка) но мультиепектральным космическим снимкам, а также доводит информацию до руководства территориальных органов МЧС России. По данным только за 2017 год, в ходе мониторинга было обработано свыше 11 тысяч космических снимков, выявлено 41 тыс. природных пожаров, представляющих угрозу более чем 15 тысячам населенных пунктов.
В повседневной деятельности процессы анализа и обработки информации но обнаруженным термоточкам осуществляются в НЦУКС и их результаты передаются в территориальные органы МЧС России в ручном режиме. На рисунке 1 представлен существующий алгоритм обработки информации, связанной с обнаруженными термоточками [2|.
Рисунок 1 Схема алгоритма обработки информации но обнаружению новых термоточек
В рамках алгоритма работы должностных лиц но обработке информации, характеризующей коли чеетвенно-качеетвенные показатели природных пожаров, предусмотрено выполнение в ручном режиме множества операций, основными из которых являются: выполнение комплекса мероприятий но сбору информации
из различных источников и ее анализ на предмет наличия новых термоточек;
формирование списка обнаруженных термоточек с указанием их координат;
формирование отчета и его передача в Управление (космичеекого мониторинга); получение отчета но новым термоточкам
2018'4(39)
и проведение анализа полученных данных на предмет их соответствия термическим аномалиям;
занесение информации по природным пожарам в специализированную базу данных;
обновление статистики по природным пожарам;
формирование отчетов по вновь выявленным термоточкам для каждого территориального органа МЧС России;
направление отчетов по вновь выявленным термоточкам во все территориальные органы МЧС России, в зоне ответственности которых выявлена аномалия.
Данные операции выполняются оперативной дежурной сменой НЦУКС и сотрудниками Управления (космического мониторинга). Следует отметить, что обработка информации о термоточках в ручном режиме приводит к существенному увеличению времени доведения информации о пожарах в территориальные органы МЧС России. Таким образом, проблемная ситуация заключается в том, что в существующих условиях функционирования оперативной дежурной смены НЦУКС и Управления (космического мониторинга) требуются значительные временные затраты на выполнение операций по обработке информации о количественно-качественных характеристиках термоточек. На практике данная проблемная ситуация приводит к существенному увеличению времени (до нескольких часов) на реагирование, что, в свою очередь, оказывает непосредственное влияние на разрастание площади природных пожаров.
Разрешение данной проблемной ситуации возможно различными способами, например, за счет [3]:
совершенствования организационно-
штатной структуры НЦУКС и Управления (космического мониторинга);
обоснования рационального распределения нагрузки между специалистами, обрабатывающими информацию по термическим аномалиям в Управлении (космического мониторинга) ;
повышения уровня подготовки специалистов Управления (космического мониторинга).
автоматизации процесса обработки дан-
ных по термоточкам и др.
Проведенный анализ показал, что наиболее перспективным направлением сокращения времени выполнения задач по обработке информации, характеризующей количественно-качественные показатели термоточек, является автоматизация данного процесса [4, 5]. В то же время, необходимо отметить, что автоматизация операций обработки данных по термоточкам может привести к существенным финансовым, материальным и людским ресурсам [6, 7].
Таким образом, можно констатировать наличие следующего противоречия в рассматриваемой предметной области:
с одной стороны, время выполнения задач по обработке информации, характеризующей количественно-качественные показатели термоточек, может быть сокращено за счет автоматизации деятельности должностных лиц, что, в свою очередь, потребует значительных затрат;
с другой стороны, существующие жесткие ограничения по финансовым, материальным, людским ресурсам не позволяют в полном объеме автоматизировать все операции по обработке данных.
Данное противоречие может быть разрешено за счет обоснования рационального варианта автоматизации деятельности должностных лиц, с учетом заданного объема выделяемых финансовых средств.
Данная задача в формализованном виде может быть представлена в следующем виде.
Для заданных:
Р = (р1, Р2, • • • , Рг, • • • , Рп) - перечень всех операций по обработке информации о термоточках, где ^ - наименование г-ой операции;
т = &(Р1), ••• ,г(Рг), ••• , г(рп)) - вектор, определяющий время выполнения каждой операции в ручном режиме, где ) - время выполнения операций по обработке информации о термоточках, выполняемых в ручном режиме;
Т& = (¿(ра 1), ••• , Кр^, ■■■ , фап)) - вектор, определяющий время выполнения каждой операции в автоматическом режиме, где Ъ(Рм) """"" время выполнения операций по обработке информации о термоточках, выполняемых в автоматизированном режиме;
- стоимость автоматизации г-ой операций но обработке информации о термоточках;
5в - финансовые ресурсы, выделенные на автоматизацию операций но обработке информации о термоточках.
необходимо определить такой перечень операций, подлежащих автоматизации, чтобы общее время выполнения задач но обработке информации о термоточках было минимальным при ограничениях, накладываемых на финансовые ресурсы
Тк = f (t(pi), t(pai)) ^ min
п
£ ^ (pai) < SB,
i=1
где Tk - время выполнения всего комплекса задач.
Общая схема проведения исследования но решению сформулированной научной задачи представлена на рисунке 2.
Анализ факторов, влияющих на время выполнения комплекса задач по обработке
информации по термоточкам
л
Постановка задачи обоснования оптимального варианта автоматизации операций по
обработке информации по термоточкам
Ч> —
Разработка методического подхода к обоснованию оптимального варианта автоматизации операций по обработке информации по термоточкам
Разработка методики обоснования оптимального варианта автоматизации операций, для которого время выполнения всего комплекса задач по обработке информации по
термоточкам будет минимальным _<>_
Решение прикладной задачи обоснования оптимального варианта автоматизации операций, с
учетом выделенных финансовых ресурсов, для которого время выполнения всего комплекса задач по обработке информации по термоточкам будет минимальным
Рисунок 2 Общая схема проведения исследования
Таким образом, решение сформулированной научной задачи в условиях ограниченности финансовых ресурсов позволит определить перечень операций, подлежащих автоматизации, при котором общее время выполнения всего комплекса задач по обработке информации по термоточкам будет минимальным.
Реализация результатов решения данной
задачи позволит:
сократить время реагирования дежурных служб на чрезвычайные ситуации, связанные с природными пожарами;
рационально распределить ресурсы для ликвидации чрезвычайных ситуаций;
сократить время непосредственной ликвидации природных пожаров.
2018'4(39)
Литература
1. ГОСТ 22.0.03-97 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Природные чрезвычайные ситуации. Термины и определения.
2. Кпценко A.A., Безвеспльная A.A. Технологии моделирования термоточек для мониторинга природных пожаров на основе данных дистанционного зондирования земли //В сборнике: Информационные технологии в сфере РСЧС и ГО Сборник трудов XXVIII Международной научно-практической конференции. 2018. С. 20-23.
3. Котельников Р.В., Коршунов H.A., Гирлев ILM. Задачи принятия решений в области охраны лесов от пожаров, основные приоритеты развития информационного обеспечения // Сибирский лесной журнал 2017 № 5. С. 18-24.
4. Федин Ф.О., Медведева Т.С. Моделирование и разработка информационной системы прогнозирования лесных пожаров // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2016. № 2
5. Чискидов C.B., Федин Ф.О., Петрова A.M. Определение подхода к повышению точности нейросете-вых моделей прогнозирования лесных пожаров / / Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2017. № 2 (33). С. 87-96.
6. Федин Ф.О., Чискидов C.B. Разработка информационной системы для ведения реестров общественных объединений пожарной охраны и добровольных пожарных / / Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2016. № 1 (28). С. 78-83.
7. Безвесильная A.A., Федин Ф.О., Чискидов C.B. Разработка информационной системы учета заявок на выделение вычислительных ресурсов в корпоративной сети образовательной организации // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2017. № 1 (32). С. 29-40.
STATEMENT OF SCIENTIFIC PROBLEM OF SUBSTANTIATION OF THE OPTIMAL VARIANT OF AUTOMATION OF PROCESS OF PROCESSING DATA TO SUPPORT DECISION-MAKING IN AN EMERGENCY SITUATION
Anton LITVIN
teacher of the department (information systems and technologies) Academy of Civil Protection EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow Region, Khimki, md. Novogorsk
E-mail: Kist31Qyandex.ru
Abstract. Within the framework of the formulated scientific task, the initial data for substantiation of the optimal variant of automation of the process of data processing on natural fires are determined, the target function is presented in the form of dependence of the time of processing of information on heat points on the list of automated operations, the controlled variables, restrictions on the amount of funding for automation, adopted to solve the problem of choosing the optimal variant in order to support decision-making in an emergency situation.
Keywords: wildfires, all thermal spots, space monitoring, prompt delivery of information, support decision-making in emergency situations.
Citation: Bezvesilnaya A.A., Litvin A.A., Smirnov B.P. Statement of scientific problem of substantiation of the optimal variant of automation of process of processing data to support decisionmaking in an emergency situation // Scientific and educational problems of civil protection. 2018. No. 4 (39). pp. 66-71
(29). C. 59-65.
Angela BEZVESILNAYA
Candidate of Pedagogical Sciences, Head of the Department
(computer science and computing)
Academy of Civil Protection EMERCOM of Russia
Address: 141435, Moscow Region, Khimki, md.
Novogorsk
E-mail: ang66Qyandex.ru
Boris SMIRNOV
doctor of technical sciences General Director of Scientific-productional centre information regional systems.
Address: 140030, Moscow Region, Luberetskiy District, Malakhovka village, Shosseynaya street, la. E-mail: gline-npcirsQmail.ru
References
1. GOST 22.0.03-97 Bezopasnost' v chrezvychaynykh situatsiyakh. Prirodnyye chrezvychaynyye situatsii. Terminy i opredeleniya.
2. Kitsenko A.A., Bezvesil'naya A.A. Tekhnologii modelirovaniya termotochek dlya monitoringa prirodnykh pozharov na osnove dannykh distantsionnogo zondirovaniya zemli // V sbornike: Informatsionnyye tekhnologii v sfere RSCHS i GO Sbornik trudov KHKHVIII Mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii. 2018. S. 20-23.
3. Kotel'nikov R.V., Korshunov N.A., Girlev N.M. Zadachi prinyatiya resheniy v oblasti okhrany lesov ot pozharov, osnovnyye prioritety razvitiya informatsionnogo obespecheniya // Sibirskiy lesnoy zhurnal 2017 № 5. S. 18-24.
4. Fedin F.O., Medvedeva T.S. Modelirovaniye i razrabotka informatsionnoy sistemy prognozirovaniya lesnykh pozharov // Nauchnyye i obrazovatel'nyye problemy grazhdanskoy zashchity. 2016. № 2 (29). S. 59-65.
5. Chiskidov S.V., Fedin F.O., Petrova A.M. Opredeleniye podkhoda к povysheniyu tochnosti neyrosetevykh modeley prognozirovaniya lesnykh pozharov // Nauchnyye i obrazovatel'nyye problemy grazhdanskoy zashchity. 2017. № 2 (33). S. 87-96.
6. Fedin F.O., Chiskidov S.V. Razrabotka informatsionnoy sistemy dlya vedeniya reyestrov obshchestvennykh ob"yedineniy pozharnoy okhrany i dobrovol'nykh pozharnykh // Nauchnyye i obrazovatel'nyye problemy grazhdanskoy zashchity. 2016. № 1 (28). S. 78-83.
7. Bezvesil'naya A.A., Fedin F.O., Chiskidov S.V. Razrabotka informatsionnoy sistemy ucheta zayavok na vydeleniye vychislitel'nykh resursov v korporativnoy seti obrazovatel'noy organizatsii // Nauchnyye i obrazovatel'nyye problemy grazhdanskoy zashchity. 2017. № 1 (32). S. 29-40.
