CC BY
25
УДК 004.5, 004.9
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.10.91-98
А.В. Вицентий1, М.Г. Шишаев1, Г.Г. Гогоберидзе2
1 Институт информатики и математического моделирования ФИЦ КНЦ РАН
2 ФГБОУ ВО «МАГУ»
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ГЕОВИЗУАЛИЗАЦИИ ДЛЯ СИСТЕМ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ЗАДАЧ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПЛАНИРОВАНИЯ С УЧЕТОМ ИНТЕРЕСОВ И ПРОТИВОРЕЧИЙ РАЗЛИЧНЫХ ГРУПП ПРИРОДОПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ КОНЦЕПТУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ КОНФЛИКТА*
Аннотация
В этой статье рассматривается разработка информационной технологии геовизуализации для систем поддержки принятия решений в области регионального управления на примере морехозяйственного кластера Мурманской области. Приводится постановка задачи и основные требования к разрабатываемой технологии. Кратко описывается концептуальная модель конфликтной ситуации в контексте морского пространственного планирования. Раскрывается структура, основные элементы и алгоритм работы технологии.
Ключевые слова:
геовизуализация, конфликтная ситуация, информационная система поддержки регионального управления, морское пространственное планирование, интерфейс пользователя, системы поддержки принятия решений
A.V. Vicentiy, M.G. Shishaev, G.G. Gogoberidze
DEVELOPMENT OF GEOVISUALIZATION TECHNOLOGY FOR INFORMATION SUPPORT SYSTEMS FOR SPATIAL PLANNING TASKS TAKING INTO ACCOUNT INTERESTS AND CONTRADICTIONS OF VARIOUS GROUPS OF NATURE USERS BASED ON A CONCEPTUAL MODEL OF CONFLICT
Abstract
This paper discusses the development of information geovizualization technology for decision support systems in the field of regional management on the example of the marine cluster of the Murmansk region. The statement of the problem and the basic requirements for the technology being developed are given. A conceptual model of the conflict situation in the context of marine spatial planning is briefly described. The structure, main elements and algorithm of the technology work are revealed.
Keywords:
geovisualization, conflict situation, regional government support information system, marine spatial planning, user interface, decision support systems
1. Введение
Разработка информационной технологии геовизуализации (ИТГ) для систем информационной поддержки принятия решений в области регионального управления, в том числе для решения задач морского пространственного планирования, с учетом интересов и противоречий различных групп
* Исследование выполнено при частичной финансовой поддержке РФФИ и Министерства образования и науки Мурманской области в рамках научных проектов № 17-47-510298 р_а и 17-45510097 р_а.
природопользователей проводится в рамках работ по созданию научно-методических основ управления морским (акваториальным) пространственным планированием развития морехозяйственных комплексов европейской части Арктической зоны Российской Федерации (АЗРФ) на основе интеллектуальных информационных технологий на примере морехозяйственного кластера Мурманской области. Результаты работ в этом направлении также используются при разработке метода динамической визуализации пространственных данных для построения когнитивных интерфейсов мультипредметных информационных систем поддержки регионального управления в условиях арктической зоны Российской Федерации (АЗРФ).
Значительный научный задел в области разработки методов и средств когнитивной геовизуализации был сделан авторами в работах [1-5]. Однако информационная технология, рассматриваемая в данной статье, имеет ряд существенных отличий от полученных ранее результатов. Значительная часть этих отличий обусловлена особенностями предметной области, рассмотренными, в частности, в [6-9] и новыми подходами, используемыми для сбора и обработки данных [10, 11]. Интегрированный подход к формированию структуры и наполнению базы знаний, использованию логического вывода и визуализации результата, предлагаемый в данной работе, позволяет объединить возможности когнитивной визуализации пространственных данных и формального представления знаний для решения задач регионального управления в условиях АЗРФ и снизить когнитивную нагрузку на оператора - лицо, принимающее решения (ЛПР).
Социально-экономическое развитие АЗРФ и Мурманской области регулируется различными нормативно-правовыми актами, среди которых можно особо отметить Стратегию развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года и Стратегию социально-экономического развития Мурманской области до 2020 года и на период до 2025 года. В частности, в этих документах говорится о том, что одним из приоритетных направлений развития АЗРФ является разработка и апробация моделей комплексного управления прибрежными зонами в арктических регионах. А в качестве приоритетных направлений развития Мурманской области указаны развитие рыбопромыслового и аквакультурного кластеров, технологического кластера обеспечения шельфовой добычи в Арктике, технологического и материального обеспечения морской деятельности, туристического кластера и развитие морского круизного туризма [12,13].
При этом, наибольшее число потенциальных конфликтов связано именно с разногласиями между представителями рыбопромыслового кластера и кластера обеспечения шельфовой добычи в Арктике. Для учета интересов и противоречий всех заинтересованных лиц (стейкхолдеров), осуществляющих природопользование в регионе было предложено использовать понятие морехозяйственного кластера Мурманской области. Под морехозяйственным кластером Мурманской области понимается совокупность размещенных на ограниченной территории предприятий и организаций, представляющий собой непосредственных участников кластера, и связанных с их деятельностью организаций, которая характеризуется наличием объединяющей их деятельности в одной или нескольких отраслях (видах экономической деятельности), механизма координации этой деятельности и кооперации участников кластера,
синергетического эффекта, выражающегося в повышении экономической эффективности и результативности деятельности участников кластера за счет высокой степени их концентрации и кооперации. В данном контексте непосредственных участников кластера, и связанные с их деятельностью организации можно назвать совокупностью стейкхолдеров кластера. К важным характеристикам кластера относятся географическая концентрация и (или) функциональная взаимосвязанность стейкхолдеров, конкуренция и кооперация стейкхолдеров, ведение совместной деятельности, встроенность в социально-экономическую систему. При этом, возможность использования различных видов ресурсов, сосредоточенных на одной территории потенциально ведет к появлению противоречий (конфликтов) стейкхолдеров, и оказывает негативное влияние на социально-экономическое развитие области в целом. [10].
Регулирование деятельности всех участников и пространственное планирование морехозяйственного кластера с целью снижения конфликтности взаимодействия является нетривиальной, плохо формализуемой задачей, для решения которой необходимо разрабатывать специальные методы, технологии и программные средства. Таким образом, разработка технологии геовизуализации для систем информационной поддержки задач принятия решений в области регионального управления и морского пространственного планирования с учетом интересов и противоречий различных групп природопользователей является актуальной на сегодняшний день.
2. Постановка задачи
Выявление, описание, предупреждение и разрешение различных конфликтов, возникающих между стейкхолдерами, является первостепенной задачей повышения эффективности регионального управления и обеспечения устойчивого социально-экономического развития территорий. В этой связи, для повышения эффективности пространственного планирования
морехозяйственного кластера Мурманской области, была поставлена задача разработки технологии геовизуализации для систем информационной поддержки задач морского пространственного планирования с учетом интересов и противоречий различных групп природопользователей.
3. Описание полученных результатов
3.1. Формальное описание конфликтной ситуации
Необходимо отметить, что различия в интересах стейкхолдеров и возникающие в связи с этим противоречия, часто приводят к конфликтам, описать которые без формального аппарата довольно сложно. В связи с этим, важным этапом при работе с конфликтными ситуациями, необходимым для их всестороннего понимания, является формальное описание конфликта. А большое количество субъектов социальной, экономической, политической и иной деятельности в регионе управления, и сложность затрагиваемых био- социо-экономических систем делает актуальной задачу системного представления состава и конфликтного взаимодействия разнородных субъектов, так или иначе ассоциированных с рассматриваемой деятельностью.
В контексте данной работы определим конфликт как взаимодействие двух (или более) стейкхолдеров, имеющих различные (несовместимые) цели и (или)
способы их достижения. Таких стейкхолдеров можно называть субъектами конфликта или игроками или участниками конфликта. А сам конфликт можно называть также конфликтной ситуацией.
Тогда, концептуальная модель конфликта (КМК), являющаяся ключевым элементом системы поддержки принятия решений (СППР) для регионального управления и описывающая конфликтные ситуации, возникающие между стейкхолдерами в процессе осуществления их деятельности, может быть представлена в терминах теоретико-множественных отношений следующим образом: С8 = <8С, ОС, С80, Я>, где:
С8 - концептуальная модель конфликтной ситуации, описывающая все множество конфликтных ситуаций, задаваемое кортежем < SC, ОС, GSO, R>;
8С - множество субъектов конфликта (стейкхолдеров), осуществляющих деятельность на территории регионального управления. На самом деле, элементами множества SC могут быть не только непосредственные субъекты, осуществляющие деятельность в регионе, но и прочие субъекты био- социо-экономической системы, которые могут иметь заинтересованность в различных исходах конфликта или на которых может существенно повлиять тот или иной исход конфликта. Такие субъекты называются косвенными участниками конфликта (например, муниципальные, региональные и федеральные органы власти, экологические организации, местное население и др.);
ОС - множество объектов конфликта. В это множество входят те сущности, которые непосредственно являются объектом (предметом) конфликта. Для решения практических задач в области поддержки регионального управления необходимо специфицировать основные характеристики объекта конфликта. Таким образом, множество объектов конфликта может быть представлено в виде: ОС = <3, КА, Ш:, Ш>, где:
3 - множество пространственных областей (в географическом смысле) или территорий (акваторий), связанных с объектом конфликта;
КА - множество видов деятельности осуществляемых (или планируемых к осуществлению) стейкхолдерами из множества SC, которые связанны с объектом конфликта;
№ - множество ресурсов био- социо- экономической системы, используемых или необходимых для осуществления некоторой деятельности стейкхолдерами из множества SC, которые связанны с объектом конфликта; Ш - множество связей на множествах КА,
С80 - множество целей субъектов конфликта (стейкхолдеров), которые они пытаются реализовать в рамках осуществляемой деятельности.
Я - множество отношений, заданных на множествах ^С, ОС, GSO>. Кроме того, для целей поддержки регионального управления, на основе анализа и обобщения информации по основным видам деятельности наиболее важных стейкхолдеров региона (на примере Мурманской области) с использованием КМК были выявлены потенциальные конфликты и определены некоторые наиболее значимые их виды [12, 13]. Все возможные конфликты в регионе управления были условно разделены на три вида:
1. конфликты, связанные с осуществлением различных (исключающих друг друга или несовместимых полностью или частично) видов деятельности стейкхолдеров. Например, «охрана природных территорий - добыча
полезных ископаемых», «охрана морских государственных границ -водный туризм», «питьевой водозабор - сброс (утечка) сточных (технических) вод» и др.
2. конфликты, связанные с использованием определенных ресурсов территории. При этом, некоторая территория также может рассматриваться как особый вид ресурса. Здесь возможны как «внутрисекторальные», так и «межсекторальные» конфликты. Например, конкуренция различных добывающих компаний за право освоения одного месторождения, конкуренция рыболовецких компаний за квоту или территории вылова, и т.д.
3. конфликты, связанные с использованием или осуществлением некоторой деятельности на определенной территории. В таких конфликтах объектом является некоторое «ограниченное пространство» или его часть. Другими словами, можно сказать, что в этом виде конфликтов объектом является «право пользования» некоторой территорией. Примерами таких конфликтов могут быть закрытие территории для военных целей или для обеспечения безопасности, организация особо охраняемых природных территорий и т.п.
Можно отметить, что все типы конфликтов имеют территориальную и/или временную привязку. Поэтому, для информационной поддержки решения задач пространственного планирования с учетом интересов и противоречий различных групп природопользователей на основе концептуальной модели конфликта эффективным инструментом будут являться технологии геовизуализации.
3.2. Описание технологии геовизуализации
Далее приводится краткое описание состава и структуры разработанной технологии геовизуализации для систем информационной поддержки задач морского пространственного планирования с учетом интересов и противоречий различных групп природопользователей (рис. 1).
Рисунок 5. Технология геовизуализации для систем информационной поддержки задач морского пространственного планирования с учетом интересов и противоречий различных групп природопользователей
Обобщенный алгоритм работы технологии выглядит следующим образом:
1. Пользователь подает на вход описание ситуации;
2. Осуществляется формализация описания ситуации;
3. Осуществляется обработка ситуации (в соответствии с имеющейся концептуальной моделью предметной области);
4. Осуществляется логический вывод (наличие/отсутствие конфликта);
5. Осуществляется визуализация ситуации, результатов логического вывода, и рекомендаций (при наличии) по разрешению конфликта;
6. Пользователь проводит анализ полученных данных;
7. Пользователь уточняет описание ситуации либо заканчивает работу с ней.
Дадим некоторые пояснения по работе пользователя с технологией. На первом шаге пользователь должен предоставить описание анализируемой ситуации. Чем точнее и подробнее будет это описание, тем эффективнее сможет работать с ним система. На втором шаге, проводится формализация описанной ситуации в терминах предметной области. Для этих целей используется концептуальная модель предметной области. На третьем и четвертом шагах осуществляется обработка (анализ) ситуации на наличие или отсутствие потенциального конфликта. Для этого, кроме модели предметной области, используется также онтология и набор аксиом, позволяющие обнаруживать «неявные» конфликты. На пятом шаге, с привлечением внешних источников данных и средств визуализации (географические информационные системы, картографические сервисы, базы космических снимков, карты и атласы, средства визуализации онтологий и др.) осуществляется визуализация ситуации, результатов логического вывода, и рекомендаций (при наличии) по разрешению конфликта. Так как все ситуации так или иначе привязаны к территории морехозяйственного кластера, можно осуществить их визуализацию на какой-либо картографической подложке, то есть, осуществить геовизуализацию анализируемой пользователем ситуации. На шестом и седьмом шагах пользователь может на основе визуального анализа ситуации либо уточнить ее описание, либо закончить анализ ситуации.
4. Заключение и будущие работы
Таким образом в процессе работы была предложена информационная технология геовизуализации для систем информационной поддержки задач морского пространственного планирования с учетом интересов и противоречий различных групп природопользователей. Определены структура и основные составляющие технологии, а также входные и выходные данные. Результатом работы технологии геовизуализации является геоизображение, отображающее основные концепты конфликтной ситуации с привязкой к геооснове (картографическая подложка). Кроме того, при наличии дополнительной атрибутивной информации в базах данных, возможен ее вывод при анализе полученного геоизображения конечным пользователем. Такой подход к визуализации данных в системах информационной поддержки задач морского пространственного планирования позволяет снизить когнитивную нагрузку на ЛПР, так как информация по анализируемой ситуации представляется конечному пользователю в комплексном, интегрированном виде (формальное описание (активированные концепты и связи предметной области), логический вывод и его
объяснение (последовательность активированных аксиом), визуализация формального представления ситуации (визуальное представление фрагмента онтологии, описывающего анализируемую ситуацию), представление конфликтной ситуации на карте (в виде геоизображения и атрибутивных данных), вывод приемлемых решений и/или рекомендаций (при наличии такой возможности).
В будущих работах планируется развитие технологии геовизуализации пространственных данных для построения на их основе когнитивных интерфейсов мультипредметных информационных систем поддержки регионального управления в условиях арктической зоны Российской Федерации. В частности, планируются работы в направлении повышения когнитивности получаемого геоизображения, разработки и внедрение методов и инструментальных средств интерактивного визуального анализа геоданных, повышение эффективности восприятия информации за счет адаптации получаемых визуальных образов к когнитивным особенностям ЛПР и характеристикам устройств отображения.
Литература
1. Вицентий А.В. Разработка технической платформы средств динамического картографирования и визуального анализа на примере системы информационной поддержки мониторинга радиологической обстановки // Фундаментальные проблемы системной безопасности. - 2014. С. 324-329.
2. Вицентий А. В., Шишаев М.Г., Порядин Т.А. К вопросу о разработке когнитивных интерфейсов средств информационной поддержки управления развитием пространственно-распределенных систем // Наука - производству. Материалы международной научно-практической конференции. Мурманский государственный технический университет. 2015. С. 109-113.
3. Vicentiy A.V., Shishaev M.G., Oleynik A.G. Dynamic Cognitive Geovisualization for Information Support of Decision-Making in the Regional System of Radiological Monitoring, Control and Forecasting. // Advances in Intelligent Systems and Computing, vol. 466, pp. 483-495. Springer, Cham.
4. Vicentiy A.V., Shishaev M.G., Vicentiy I.V. The Development of Dynamic Cognitive Interfaces for Multisubject Information Systems (on the Example of Geosocial Service). // Advances in Intelligent Systems and Computing, vol. 575, pp. 449-459. Springer, Cham.
5. Вицентий А.В. Визуализация пространственных данных как подход к построению когнитивных интерфейсов мультипредметных информационных систем поддержки регионального управления // Интернет-журнал «Науковедение» - 2017. Т. 9. - №5 (42).
6. Ершова А.А., Вицентий А.В., Гогоберидзе Г.Г., Шишаев М.Г., Ломов П.А. Морское пространственное планирование: возможности для приморских территорий и прилегающих акваторий Мурманской области. // Национальные интересы: приоритеты и безопасность. - 2018. - Т. 14. - № 2 (359). - С. 269-287.
7. Гогоберидзе Г.Г., Ершова А.А., Румянцева Е.А., Шишаев М.Г., Вицентий А.В., Ломов П.А. Возможности применения инструментария морского пространственного планирования для Мурманской области. // Материалы
XXVII Международной береговой конференции. Ответственный редактор Е.А. Румянцева. 2018. С. 378-381.
8. Коновалов А.М. Морское пространственное планирование в системе стратегического планирования развития Арктической зоны Российской Федерации. Российский Север: модернизация и развитие. 2015. С.32-38
9. Вицентий А. В. Применение дистанционного зондирования земли и космических технологий для развития арктических и субарктических территорий российской федерации // Труды Кольского научного центра РАН. 2013. № 5 (18). С. 40-45.
10.Вицентий, А.В. Шишаев, М.Г., Ершова А.А., Гогоберидзе Г.Г. Концептуальная модель морехозяйственной деятельности в регионе как основа систем информационной поддержки морского пространственного планирования //Труды Кольского научного центра РАН. - 2017. - Вып. 8. Информационные технологии. С. 77- 88.
U.Vicentiy A.V., Dikovitsky V. V., Shishaev M.G. The Semantic Models of Arctic Zone Legal Acts Visualization for Express Content Analysis // Advances in Intelligent Systems and Computing, vol. 763, pp. 216-228. Springer, Cham.
12. Стратегия развития Арктической зоны Российской Федерации и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года URL: http://docs.cntd.ru/document/499002465
13. Стратегия социально-экономического развития Мурманской области до 2020 года и на период до 2025 года, утвержденной постановлением Правительства Мурманской области от 25 декабря 2013 г. N 768-ПП/20
Сведения об авторах
Вицентий Александр Владимирович - к.т.н., старший научный сотрудник e-mail: alx_2003@mail.ru
Vicentiy Alexander - PhD (Tech. Sci.), senior researcher
Шишаев Максим Геннадьевич - д.т.н, доцент, профессор РАН, главный научный сотрудник ИИММ КНЦ РАН е-mail: shishaev@iimm.ru
Maxim G. Shishaev - Dr.Sci. (Tech.), associate professor, professor of RAS, lead researcher
Гогоберидзе Георгий Гививич - д.э.н., доцент
е-mail: gogoberidze.gg@gmail.com
Gogoberidze Georgii - Dr.of Sci., associate professor
