CC BY
7
УДК 528.013
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-8-402-403
ПРИМЕНЕНИЕ ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ ПРИ ВЫБОРЕ ЗЕМЕЛЬНОГО УЧАСТКА ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ ОБЪЕКТОВ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Н.В. Рыжий, В Н. Щельников
В статье изложены некоторые особенности проведения рекогносцировочных изысканий при выборе участков для строительства объектов различного назначения. Обоснована целесообразность экспертных систем поддержки принятия решений и их внедрения в работу комиссий по рекогносцировочным изысканиям. Рассмотрены основные требования к их построению, диктуемые практикой рекогносцировочных изысканий, а также предварительная их архитектура с учетом использования возможности применения геоинформационных систем.
Ключевые слова: рекогносцировочные изыскания, земельный участок, экспертные системы, системы поддержки принятия решений, электронные карты, геоинформационные системы.
Выбор земельного участка для размещения объектов различного назначения -это сложный и, в некотором роде, творческий процесс, зависимый от целей и системы предпочтений лица, принимающего решение (ЛИР), а также от мнения экспертов в области эксплуатации и строительства объекта, картографии и кадастровых изысканий и т.п. Ироблемная ситуация принятия решения осложнена тем, что информация об потенциальных участках местности, наиболее пригодных или для размещения объектов, должна быть подтверждена визуальным осмотром. Во многих случаях выбор без предварительной оценки участков местности может оказаться нерезультативным или весьма ресурсоемким. Кроме того, может возникнуть необходимость представить решение в кратчайшие сроки, что значительно усложняет проблемную ситуацию принятия решения.
Все указанные препятствия на пути решения поставленной задачи ведут к необходимости разработки экспертных систем поддержки принятия решений (СПИР) (далее - экспертных систем) и их внедрения в работу комиссий рекогносцировочных изысканий (КРИ), в большинстве случаев ответственных за рациональность выбора земельного участка под строительство объекта. Для разработки прообраза будущей экспертной системы необходимо учесть требования, которые могут быть обусловлены особенностями работы КРИ на местности, а также особенностями выполнения тех задач, которые перед ней поставлены.
1. Особенности применения экспертных систем для выбора земельного участка. Работа на местности и особенности выполняемых КРИ задач предъявляют следующие требования к экспертной системе, предназначенной для выбора земельного участка.
1. Разрабатываемая экспертная система должна содержать специальную цифровую картографическую информацию, представленную в удобном виде [1, 2]. Такую возможность предоставляют рекогносцировочные карты - топографические карты, создаваемые на подготовительном этапе рекогносцировочных изысканий [1].
В целях разработки рекогносцировочных карт целесообразно использовать принцип создания тепловых карт или матрицы качеств [3], позволяющий визуализировать показатель рациональности выбора земельного участка г в определенной точке на карте района позиционирования с помощью градации одного цвета или цветовой шкалы (рис. 1).
Показатель г будет зависеть от показателей качества земельных участков кг, где г = 1, 2, ... п, количественно характеризующих выбор земельного участка по тому или
иному его свойству. Таким образом, среди рекогносцировочных карт можно выделить карту показателя к (х, у) и карту показателя рациональности г (х, у), где (х, у) - координаты прямоугольной (декартовой) системы координат.
Область рациональных решений
Рис. 1. Принцип разработки и визуализации рекогносцировочных карт
На картах показателей можно визуализировать область допустимых значений (ОДЗ), заданную на топографической карте потенциального района расположения объекта, земельные участки которой имеют значения показателя качества больше своих браковочных значений к > ктт.г.
На карте показателя рациональности можно визуализировать таким же образом область допустимых решений (ОДР), которая является пересечением ОДЗ всех показателей качества земельных участков, рассматриваемых для размещения конкретного объекта. При этом конечной целью разработки общего показателя рациональности является визуализация области рациональных решений (ОРР), состоящих из тех участков предполагаемого района размещения, которые наиболее рациональны для размещения объекта.
В качестве исходных данных для разработки рекогносцировочных карт будет использоваться исходная цифровая карта (ИЦК), состоящая из различных слоев, специально подобранных для расчета конкретных показателей качества земельных участков.
2. Экспертная система должна быть интерактивной и удобной для использования в полевых условиях.
Применение электронных рекогносцировочных карт с помощью переносных ЭВМ позволяет интерактивно менять масштаб и информативность карты, а также осуществлять по ней навигацию. Кроме того, пользователю целесообразно предоставить возможность вносить изменения в картографическую информацию о местности, которая может быть уточнена в ходе осмотра земельного участка.
Для подготовки электронных рекогносцировочных карт в состав экспертной системы неоходимо включить специальное программное обеспечение - геоинформационную систему (ГИС) [1], позволяющую автоматически создавать и визуализировать электронные рекогносцировочные карты нужного масштаба с нужной степенью детализации [4]. Также можно рассмотреть процесс интеграции разрабатываемой экспертной системы в качестве дополнений к уже существующим ГИС.
3. Экспертная система должна иметь возможность поддержки принятия решения на основе экспертной информации, получаемой в вербальной форме в режиме диалога. При этом целесообразно, чтобы система могла самостоятельно уточнять некие параметры выбора земельного участка путем подключения к глобальной сети Интернет.
4. Экспертная система должна быть ориентирована на подготовку и разработку документации рекогносцировочных изысканий.
В данном случае первоочередное направление интеллектуализации разрабатываемой экспертной системы будет заключаться в интеллектуальной обработке экспертной информации и информации, изложенной в документации рекогносцировочных изысканий.
5. Экспертная система может быть рассчитана на одного пользователя, отвечающего за ввод исходной информации. На этапе ее опытной эксплуатации пользователем может быть инженер по знаниям, а после ее апробации и введении в эксплуатацию КРИ эту функцию может выполнять ее секретарь.
2. Предлагаемая схема применения и структура экспертных систем при выборе земельных участков местности под строительство объектов
Экспертная СППР - это сложное программное обеспечение, основанное на технологиях искусственного интеллекта для решения задач, связанных с творческой деятельностью человека [5].
Схема применения экспертных систем для выбора земельного участка представлена на рис. 2.
Рис. 2. Схема применения экспертной системы в ходе подготовки и проведения рекогносцировочных изысканий, а также после апробации решения ЛПР по размещению объекта: ПР - принятие решения, ЭИ - экспертная информация,
КИ - картографическая информация
В отличие от обычных СППР, построенных на основе управляемых баз данных, экспертные системы используют особый вид информации - знания. Знания характеризуются возможностью содержательной интерпретации, наличием классифицирующих отношений и ситуативных связей, что позволяет системе автоматически различать, где и для чего эти знания можно использовать.
Все знания о том, каким образом необходимо выбирать земельный участок для размещения объекта, образуют предметную область принятия решения. Данная область знаний может находиться в открытом доступе в сети Интернет, либо на бумаж-
ных или машинных носителях информации. Во время рекогносцировочных изысканий члены КРИ в результате осмотра земельных участков могут получить экспертную информацию, дополняющую предметную область принятия решения.
Кроме экспертной информации важнейшим звеном в рассматриваемой предметной области принятия решения является система предпочтений ЛИР. В состав данной системы входит:
- техническое задание (ТЗ) на проведение рекогносцировочных изысканий, которое вмещает в себя общие требования законодательных актов и нормативно-технической документации к выбору земельного участка ЛИР;
- личная система предпочтений (ЛСИ) ЛИР, выраженная в вербальной форме, которая отражает стремление ЛИР уделить особое внимание при выборе земельного участка некоторым важным для него показателям качества, а также его отношение к возможности смягчения (ужесточения) тех или иных ограничений.
ТЗ, как правило, разрабатывает научная организация, осуществляющая общее научное сопровождение опытно-конструкторской работы по строительству объекта (ОНС ОКР). ЛСИ уточняет у ЛИР председатель КРИ. Чаще всего ТЗ и ЛСИ могут содержать качественную информацию, выраженную в вербальной форме. Доведение ЛСИ ЛИР и ТЗ до членов комиссии является обязанностью председателя комиссии.
ТЗ, ЛСИ ЛИР и экспертная информация представляют собой исходные данные (ИД) для принятия решения. Для того, чтобы экспертная система смогла эффективно использовать знания из предметной области принятия решения, ИД необходимо вводить в систему в структурированном виде. Структуризация ИД необходима для того, чтобы экспертная система могла лучше понимать значения терминов, фраз, предложений и умозаключений, которые человек повсеместно использует в процессе разговора. Структуризация ИД основана на моделях представления знаний и правилах их обработки, которые инженер по знаниям закладывает в экспертную систему на основе исследования предметной области принятия решения [6]. Ввод ИД в структурированном виде осуществляет секретарь комиссии.
Экспертная система на основе ИД вырабатывает решение системы в виде цифровых рекогносцировочных карт (РК) и протокола рекогносцировочных изысканий (ИРИ). Ири этом визуализация РК и необходимой для принятия решения сопутствующей картографической информации осуществляется с помощью ГИС, интегрированной с программным обеспечением экспертной системы.
Секретарь комиссии предоставляет решение системы на обсуждение КРИ, в результате которого комиссия, при необходимости, уточняет решение системы и вырабатывает собственное решение в виде подписанного протокола рекогносцировочных изысканий с приложенным к нему набором уточнённых рекогносцировочных карт -(ИРИ+РК).
Секретарь комиссии вводит окончательный вариант ИРИ+РК обратно в систему, где система уже самостоятельно производит ее анализ и включает в свою базу знаний. Иредседатель комиссии представляет окончательный вариант отчетных документов ЛИР, на основании которых принимается окончательное решение по размещению объекта.
Ири разработке экспертной системы важно предусмотреть возможность апробации решения системы. В данном случае инженер по знаниям должен при обновлении системы включать эти результаты в базу знаний.
Новыми знаниями могут быть информация из области принятия решения, которую обновляет инженер по знаниям, либо дополнительная информация, автоматически обновляемая по сети Интернет.
В состав разрабатываемой экспертной системы традиционно могут входить [6]:
- подсистема общения, предназначенная для организации диалога с пользователем экспертной системы;
- подсистема базы знаний, предназначенная для хранения долгосрочных данных, описывающих предметную область принятия решения, и правил, характеризующих возможность и целесообразность структурированной информации, представленной в вербальной форме;
- решающий блок, формирующий решение системы на основе ИД и знаний, которые предоставляет база знаний;
- подсистема объяснения, предназначенная для разъяснения пользователям решения системы;
- подсистема накопления знаний, предназначенная для автоматического пополнения базы знаний новыми знаниями.
Стоит отметить, что наличие правил обработки данных является основным признаком отличия экспертных систем от обычных СИИР. В связи с этим в составе базы знаний выделяют базы данных и интеллектуальный блок обработки данных, в которых данные правила вырабатывают искусственный интеллект [7].
Интернет
Комиссия по проведению РИ (КРИ)
Ввод ИД в
структурированном
виде
Иодсистема общения (интерфейс)
ИД в
структурированном виде
База знаний
БД КИ
БД АИ
БД по СИ
Иравила обработки
Интеллектуальная СППР
Визуализация РК, карт ИМ, КИ, необходимой для ИР
Интерфейс ГИС
РК, карты ИМ, КИ,
необходимая для ИР
визуализации КИ
КИ, необходимая для ПР
Система обработки и анализа КИ
Инфомация, необходимая для ИР ^
Карты ИМ
Решающий
блок
Геоинформационная система (ГИС)
Решение системы „
Иодсист
ема объясне ния
Новые знания
Система накопления знаний
Решение системы и информация по ИР
Решение КРИ
Системный аналитик
Вывод (ИРИ,
ОтРК)!
(ИРИ, ИРИ, ОтРК)с ЮтРК
ИРИ, ОтРК
Блок разработки _ОД
НИ из ОИР
НИ из ОИР
IДИ
ДИ
Рис. 3. Общая структура разрабатываемой экспертных СППР по выбору земельных участков по размещению объекта
В состав разрабатываемой экспертных системы, учитывая целесообразность использования ГИС, могут быть включены следующие структурные элементы (рис. 3.) [4, 8, 9]:
- база данных картографической информации (БД КИ), представляющая собой совокупность файлов цифровой картографической информации, организованных по определенным правилам [4];
- база данных атрибутивной информации (БД АИ), описывающая различные характеристики и параметры картографической информации;
- база данных о системе предпочтения ЛПР (БД СИ);
- блок обработки и анализа картографической информации, предназначенный для выполнения процедур обработки данных, манипулирования картографическими и атрибутивными данными, осуществляемых при обработке пользовательских запросов;
- подсистема ввода и преобразования ИД, предназначенная для создания электронных рекогносцировочных карт на основе преобразования графической инфор-
РК
НИ из О11Р
мации в цифровой вид и ввода ее в компьютер (входит в состав решающего блока экспертной системы);
- интерфейс ГИС, предназначенный для вывода на экран монитора или печатающих устройств электронных рекогносцировочных карт;
- блок разработки отчетной документации.
БД КИ и АИ хранят в себе исходную цифровую карту предполагаемого района размещения объекта, которая отражает объективную сторону принятия решения. БД СП отражает субъективную сторону принятия решения и хранит в себе знания о требованиях к размещению объекта, о результатах принятия аналогичных решений по выбору земельных участков, значения показателей качества, приоритеты выбора и т.д.
Заключение. В разрабатываемых экспертных системах целесообразно предусмотреть возможности применения ГИС, которые позволят разработать электронные рекогносцировочные карты на подготовительном этапе рекогносцировочных изысканий. При этом основным направлением интеллектуализации данных систем является интеллектуальная обработка информации о системе предпочтений ЛПР, а также автоматическая подготовка отчетной документации.
При разработке экспертных систем, предназначенных для выбора земельного участка под строительство объектов различного назначения целесообразно выделить следующие направления исследований:
- разработка и формализация системы предпочтений при выборе земельного участка для размещения объектов различного назначения;
- разработка математических моделей и методик выбора оптимального земельного участка для размещения объекта;
- разработка способов автоматического поиска и анализа исходной картографической информации, предназначенной для составления электронных рекогносцировочных карт;
- исследование возможности применения технологий искусственного интеллекта для разработки базы знаний о выборе земельных участков, предназначенных для строительства объектов различного назначения.
Список литературы
1. Ситков Р.А. База данных на основе геоинформационной системы, формируемая по результатам проведения рекогносцировочных изысканий, назначение и предъявляемые требования. // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. Вып. 8. Тула: ТулГУ, 2020. С. 114-119.
2. Воронин А.А. Метод выбора точек стояния радиолокационных станций кругового обзора с использованием цифровых карт местности / А.А. Воронин, Д.Ю. Свистунов // Системы обработки информации. Вып. 6(22), 2002. С. 174-181.
3. ГОСТ 28441-99 Картография цифровая. Термины и определения. Минск: Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации, 2000. 13 с.
4. Ананьев Ю.С. Геоинформационные системы: учебное пособие. Томск: ТПУ 2003. 70 с.
5. Катина А.М. Экспертные системы как прикладная область искусственного интеллекта / А.М. Катина, С.В. Шидловский // НиКа, 2011. [Электронный ресурс] URL: http://cyberlenika.rU/article/n/ekspertnye-sistema-otsenki-znaniy (дата обращения: 27.07.2022).
6. Москвин Б.В. Теория принятия решений: учебник. СПб.: ВКА имени А.Ф.Можайского, 2014. 364 с.
7. Лила В.Б. Экспертная система диагностики силовых трансформаторов / В. Б. Лила, А. В. Костюков // ИВД. 2013. №1 (24). [Электронный ресурс] URL: https://cyberleninka.rU/article/n/ekspertnaya-sistema-diagnostiki-silovyh-transformatorov (дата обращения: 27.07.2022).
8. Поморцева Е.Е. Проектирование баз геоданных. Харьков: ХНУГХ им. А. Н. Бекетова, 2016. 140 с.
9. Карманов А.Г., Кнышев А.И., Елисеева В.В. Геоинформационные системы территориального управления: учебное пособие. СПб: университет ИТМО, 2015. 127 с.
Рыжий Николай Витальевич, канд. техн. наук, начальник лаборатории, vka@mil.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф. Можайского,
Щельников Валерий Николаевич, канд. техн. наук, старший научный сотрудник, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия имени А. Ф.Можайского
THE USE OF EXPERT SYSTEMS WHEN CHOOSING A LAND PLOT FOR THE PLACEMENT OF OBJECTS FOR VARIOUS PURPOSES
N.V. Ryzhy, V.N. Shchelnikov
The article describes the types and some features of conducting reconnaissance surveys when choosing sites for the construction of facilities for various purposes. The expediency of expert decision support systems and their implementation in the work of reconnaissance survey commissions is substantiated. The basic requirements for their construction dictated by the practice of reconnaissance surveys, as well as their preliminary architecture, taking into account the use of the possibility of using geoinformation systems, are considered.
Key words: reconnaissance surveys, land plot, expert systems, decision support systems, electronic maps, geoinformation systems
Ryzhy Nikolay Vitalievich, candidate of technical sciences, chief of the laboratory, vka@mil.ru, Russia, Saint-Petersburg, Military Space Academy,
Shchelnikov Valeriy Nikolaevich, candidate of technical sciences, senior researcher, Russia, Saint-Petersburg, Military Space Academy
УДК 519.688
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-8-408-409
АЛГОРИТМ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ТРАЕКТОРИИ ДВИЖЕНИЯ ЦЕЛИ
П.Н. Мельников
Рассматривается алгоритм прогнозирования траектории движения цели, предназначенный для расчета упрежденной точки, при наведении орудия зенитного артиллерийского комплекса вооружения.
Ключевые слова: алгоритм прогнозирования траектории движения цели.
Алгоритм прогнозирования траектории движения цели на период времени полета артиллерийского снаряда является наиболее проблемным в алгоритмическом обеспечении процесса наведения зенитного орудия в упрежденную точку. Вызвано это тем, что задача прогнозирования, принципиально, не имеет точного решения. Прогнозирование тректории цели осуществляется на основании анализа параметров траектории движения цели в прошлом вплоть до текущего момента времени (до выстрела). В будущем (после выстрела) артиллерийский снаряд летит по жесткой неуправляемой траектории, а траектория цели в любой произвольный момент времени может измениться. Параметры траектории цели может изменить человек (пилотируемый объект) или программа управления движением воздушного объекта.
408
