Реализация подсистемы принятия решений для предупреждения и ликвидации последствий природных чрезвычайных ситуаций Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК004.5; 004.7; 004.8

РЕАЛИЗАЦИЯ ПОДСИСТЕМЫ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ДЛЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ ПРИРОДНЫХ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ

КУЗЁМИН А.Я.______________________________

Предлагается информационное пространство объекта управления для реализации подсистемы принятия решений предупреждения и ликвидации последствий природных чрезвычайных ситуаций на основании повторного использования близких аналогичных решений.

Актуальность. Существующая тенденция к возрастанию масштабов чрезвычайных природных ситуаций (ЧПС) вызывает необходимость своевременно и обоснованно вырабатывать контрмеры для предупреждения ЧПС и их ликвидации. С этой целью в рамках развития ситуационных центров государств создаются соответствующие информационно-аналитические системы (ИАС) с комплексами принятия решений.

Анализ развития чрезвычайных ситуаций и принятие своевременных оперативных решений затрудняется. Необходим системный анализ, прогнозирование, оценка сложившейся ситуации и объективная оценка эффективности принимаемых решений. Руководящим органам обычно приходится действовать в условиях острого дефицита времени, ограниченной точности и достоверности информации. Это может привести к принятию нерациональных и даже ошибочных решений, а следовательно, и к большим потерям. Принятие решений в случае ЧПС заключается в генерации возможных альтернативных решений, их оценке и выборе лучшей альтернативы.

При выборе альтернатив с помощью обеспечивающего комплекса ИАС учитывается большое число противоречивых требований. Кроме этого, варианты решений оцениваются по многим критериям с учетом минимальных затрат средств, времени на разработку и обеспечение минимальных экономических и социальных рисков [1]. Значительно осложняют принятие решений противоречивость требований, неоднозначность оценки ситуаций, ошибки в выборе приоритетов.

Формализация методов принятия решений, их оценка и согласование является чрезвычайно сложной задачей. Увеличение объема информации, поступающей лицу, принимающему решение (ЛПР), усложнение решаемых задач, необходимость учета большого числа взаимосвязанных факторов и быстро меняющейся обстановки требуют использовать в процессе принятия решений в обеспечивающем комплексе ИАС подсистемы поддержки принятия решений (ПППР) [2].

Постановка задачи. Необходимо разработать информационное пространство объекта управления для

реализации ПППР обеспечивающего комплекса ИАС для предупреждения и ликвидации последствий ЧПС. Для обеспечения минимальных затрат средств, времени на разр аботку и минимальных экономических и социальных рисков необходимо повторное использование близких аналогичных решений.

Новизна. Получила дальнейшее развитие информационная технология реализации подсистемы принятия решений для предупреждения и ликвидации последствий ЧПС на основании повторного использования близких, аналогичных решений, которая отличается от существующих использованием предложенного в работе информационного пространства объекта управления, что дало возможность при минимальных затратах средств, времени на разработку и обеспечение минимальных экономических и социальных рисков получить более качественные и своевременные решения в ПППР.

Решение. В соответствии с назначением ПППР использует результаты работы всех комплексов ИАС (рисунок).

среды

РИ, 2007, № 2

151

Процесс принятия решений сможет повторяться, если предлагаемый вариант решения не удовлетворяет ЛПР. Корпоративное согласование решений может осуществляться как до оценки возможных вариантов решения, сделанных соответствующим ЛПР, так и после такой оценки.

При выборе решения в целях уменьшения времени рекомендуется повторно использовать удачные предыдущие решения [3,4,]. Повторное использование в обеспечивающем комплексе ИАС аналогичных решений для предупреждения и ликвидации последствий ЧПС должно учитывать требования функционального комплекса ИАС.

Проектное решение обеспечивающего комплекса ИАС Pr = (Ap,Kp,Zp,P,G) [1], где Ap - элементы (компоненты комплексов) ИАС; Kp - отношения (связи) элементов ИАС; Zp - цели системыразработкиИАС; Z

- цели функционирования ИАС; P - проектировщик; G

- язык проектировщика (инструментальные средства), также характеризуется с помощью ситуаций и входящих в них понятий [3]. При проектировании разработчик оказывается в определенной ситуации, которая характеризуется группой взаимосвязанных понятий, описывающих данную ситуацию.

В основе разработанной методики использования аналогичных решений для предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных естественных ситуаций лежит взаимосвязь целей системы, для которой проводится разработка программного комплекса, с ситуацией внешней и внутренней среды, которая представлена в обобщенной базе данных и знаний {Bdk} обеспечивающего комплекса ИАС (см. рисунок). С такой ситуацией связывается одно или несколько проектных решений, которые подходят для данной ситуации. Поиск решений осуществляется путем оценки близости текущей ситуации к эталонной, близкой ситуации из базы проектных решений {Bpr} [3,4].

Для принятия решений в ПППР рассматривается логическая ситуация, которая включает множество понятий [3]. Каждое понятие отображает свойства ситуации в какой-нибудь из характеристических категорий [3,4]. Такие категории могут отображать: процессы и деятельность руководителей, ресурсы и необходимые спасательные средства, структуру ЧПС и требования к действиям спасателей, качество принятых решений, стоимость затрат на предотвращение возникновения ЧПС и прочее.

Категория к представляется в виде иерархии с помощью ориентированного графа K =< O, A > понятий, построенного по родовому признаку, где О - множество вершин графа - понятий {ei>e2’---’en} и A = {Gi,G2,...,Gn i} - множество дуг графа, которые выражают отношение наследования между двумя понятиями в направлении от наследника до предка. Понятие e является извечным понятием категории к , которая о пределяет самый о бщий элемент в иерархии.

Каждое из понятий содержит в себе указатель на решающее правило, которое определяет группу признаков, отличающих данное понятие от других.

Решающее правило представляется в следующем виде: DR = л F;, где F - отдельный признак.

При подсчете значения решающего правила DR каждому из признаков Fj ставится в соответствие значение true, если данный признак присутствует в понятии, и false - в противном случае.

Классификация неизвестного понятия осуществляется с помощью стратегии выбора понятия, которое для категории K =< O, A > представляется в виде следующего множества: = < P, D, pg, Dq > , что состо-

ит из множества точек P = {pi p2 •,pn} , множества переходовD = {Dj},i = 1,n в каждую из точек pj є P, ссылки на начальную точкуpg є P , из которой начинается идентификация, ссылки на извечный переход Dg є D , с помощью которого принимается решение о принадлежности понятия к данной категории. Dk ={djk} - это параметры, которые означают, что переход направлен от точки p j до точки pk или, по-иному, от класса понятия e j к классу понятия ek . Данному переходу Dk от некоторого класса понятия к классу понятия ek отвечает решающее правило DR k .

Таким образом, видно, что возможность перехода к некоторой точке определяется лишь связанным с соответствующим понятием решающего правила. Направление переходов Dk = {dj k } обратного направления дуг связано с множеством A = {Gi,G2,...,Gn} . Каждой из дуг Gj(ej,e^ отвечают переходы Dj для пары точек pk и pj .

Каждая стратегия начинается с начального перехода Dg , осуществив который считаем, что искомое понятие может принадлежать данной категории. Начальный переход ведет к начальной точке pg , которая отвечает начальному понятию категории.

Сравнение ситуаций осуществляется с помощью меры сходства путем расчета расстояний между микроситуациями, который содержит в себе подсчет коэффициента подобия для входящих в данную микроситуацию понятий.

Описания ситуаций на языке их представления подчиняются определенным правилам, представленным в виде аксиом структуры представления выражений [ 3,4].

Разработка баз данных и знаний для поддержки принятия решений в ЧПС выполняется в такой последовательности.

i. В заданном районе выполняется предварительный системный анализ параметров природной среды. Выявляются условия возникновения ЧПС.

i52

РИ, 2007, № 2

2. Формируется обобщенная база данных и знаний {Bdk} (см. рисунок) обеспечивающего комплекса ИАС.

3. Выявляется множество понятий «{qj} — субъект (наблюдатель, спасатель, диспетчер службы спасения и прочее); {і-} — управляющее действие (вызвать спасателей, сообщить, передать оповещение о ЧПС и т.п. ); {e-} - объект (транспортные средства, вертолет и прочее)» для ЧПС и близких ситуаций разного происхождения и применения.

4. Формируется множество описаний ситуаций на языке ситуации типа

Cj = ^іг2е5^іг2е4^згіеі^2г2е2’

q2r2e3’q2r2e6’q2r3e7}’ где j = 1, n - количество ситуаций.

5. В результате анализа близости микроситуаций определяются близкие ситуации.

6. Осуществляется передача накопленного множества близких ситуаций в ПППР, которая готовит рекомендации для ЛПР.

Реализация задач в ПППР для предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций выполняется на множестве близких ситуаций в такой последовательности.

1.По результатам исследований, которые предостав-ленны в этой работе, формируются сценарии возможного развития ЧПС {Bdk}.

2.Оценка сценариев по времени, которое необходимо для предупреждения НПС и человеческих и материальных потерь.

3. Формирование предложений для ЛПР.

Г енерацию возможных сценариев развития ЧПС можно осуществить с помощью: программной реализации аналитических или имитационных моделей, с использованием экспертных систем, генерации сценариев путем комбинации разных операций, заданных ЛПР или взятых из обобщенной базы данных и знаний {Bdk}, и, в конце концов, используя подход, который получил название ситуационного управления.

Г енерацию решений можно выполнить двумя способами:

1. Использовать принципиально новые, новаторские решения, которые пока невозможно формализовать и задать компьютеру для “самостоятельного” выполнения без эксперта или специалиста.

2. На основе предложенной в [3] методики искать решения, которые основаны на “ аналогичных” сценариях, связанных с повторным использованием, по аналогии.

Для поиска решения по второму подходу предлагается применить метод, который использует параллель-

но-временную порождающую грамматику. Для построения грамматики будем использовать информацию о возможной последовательности действий, параллельности их выполнения, действий с организацией циклов (если они есть), которые можно получить в процессе диалога ЛПР с ПППР. Пример результата диалога показан в табл. 1.

Таблица 1

Графическая система соотношений контрметодов или

действий в ЧПС

A B С D E F G H I J K L M

A * * * *

B * / / / / / /

C *

D *

E

F * / / / / / /

G /

H 3

I /

J /

K /

L

M /

Для примера в табл. 1 используем следующие обозначения действий: A - активизация ситуационного центра, B - сбор спасателей, мобилизация организационных и технических средств, C - профилактические меры, D - прогнозирование ситуации, E -ограничение доступа в опасный район, F - доставка спасателей и резервных средств, G - подготовка эвакопунктов, H - сооружение дополнительных средств защиты, I - эвакуация населения, J - очистка населенных пунктов, K - оценка ЧПС на длительный период, L - возвращение жителей , M - восстановительные работы.

В табл. 1 начало выполнения параллельного процесса отмечено значком *. При этом действия, указанные в столбце и строке, образуют клетку и могут выполняться параллельно. Возможность параллелизма совсем не означает его обязательность, действия B, C, D и F могут быть выполнены и последовательно, одно за другим. Значок / означает, что после операции, указанной в строке матрицы, выполняется действие, указанное в столбце. Число 3 на пересечении строки H и столбца J указывает на необходимость повторения последовательности операций HJ 3 раза, т.е. организацию цикла.

Исходя из матрицы (табл.1) ПППР генерирует следующую грамматику: A'^ C(tC); B ^ C(tC);

B ^ C(tC);B ^ L(ti);F ^ G0g);I ^ L(ti);I ^ J(tj)

РИ, 2007, № 2

153

A' ^ B(tB);B ^ F(tF);D ^ F(tF); F ^ K(tK); J ^ I(t:); M ^ F(tF);

При этом подсистема поддержки принятия решений в обеспечивающем комплексе ИАС должна строиться по следующим принципам [5]:

A'^ C(tc);B ^ E(tE);D M ^ L(tM);

>B(tB);F ^ H(tH);J

1 )функциональной интеграции (которая предполагает

L(ti)

; согласование решаемых задач в рамках единой методологии);

A'^ F(tF);B B ^ E^);B-B ^ I(tm);B-

2) информационной интеграции (которая о беспечива-► H(tH);D ^ C(tC);F ^ L(tI);K ^ M(tM);ет роботу ИАС в рамках единого информационного

пространства страны, т.е. единых исходных данных, способах и формах их представления, хранение данных в базах данных коллективного пользования);

►J(tj);D-

>K0k);F-

J(tJ);G-

>I(t:);F-

>I(tn);K-

‘C(@);H

►L(U

>J(tr);

Время выполнения действий также указывается экспертом как критерий данного действия (контрмеры). При оценке временных характеристик t выполнения действия X необходимо учесть влияние действия Xj на время выполнения действия X j. Время выполнения действий для рассмотренной задачи приведено в

табл. 2. В столбце tx табл. 2 отмечается время автономного выполнения действий, когда оно не соединяется с другим, а дополняет его.

Таблица 2 Время выполнения действия

Действия X tx G H K J I

A 2 - - - - -

B 5 - - - - -

C 3 - - - - -

D 1 - - - - -

E 24 - - - - -

F 12 - - - - -

G 6 - 1/2 3/4 1/3 2/3

H 12 1/4 - 1 /2 1/2 -

I 8 1/2 - 3/4 1/2 -

J 36 1/18 - - - 1/9

K 18 3/12 - - - 1/3

L 12 - - - - -

M 120 - - - - -

Дробь в клетке табл. 2 показывает, как сокращается время выполнения действия Xj, указанного в строке, если оно выполняется вместе с действием Xj, указанным в столбце. Черта в таблице показывает, что время выполнения действия Xj не зависит от выполнения действия X j . Время выполнения действия, которое зависит от объема работ, например, эвакуация пострадавших из населенных пунктов, проведение обследования территорий и т.п., указывается по оценочным расчетам. Такие характеристики как время активизации командного пункта для ликвидации последствий ЧПС, сбор и приведения в готовность спасательных сил и средств и т.п. указаны в абсолютных цифрах. Возможно введение и других условий.

3) общего функционирования (которое предусматривает наличие возможности общей работы разных функциональных подсистем или их компонент);

4) использования предыдущих разработок (которое предусматривает повторное использование принимаемых решений);

5) непрерывности автоматизированной обработки (которая предусматривает максимальную автоматизацию деятельности ЛПР);

6) работы отдельных компонентов в реальном масштабе времени.

Заключение. В результате проведенного исследования было разработано информационное пространство объекта управления для реализации ПППР ИАС для предупреждения и ликвидации последствий ЧПС. Метод обеспечивает минимальные затраты средств, времени на разработку и минимизацию экономических и социальных рисков. Предложено повторное использование близких, аналогичных решений.

Литература: 1. Куземин А.Я. Разработка инструментальных средств обеспечения принятия решений в чрезвычайных природных ситуациях // АСУ и приборы автоматики. 2007. № 139 . С. 31 - 38. 2. Ларичев О.И., Мошкович Е.М. Качественные методы принятия решений. М.: Наука, 1996. 3. Куземин А.Я., Сорочан М.В. Понятийное представление ситуации при поиске и классификации проектных решений //Прикладная радиоэлектроника. 2004. Том 3, №3. С. 60 - 67. 4.Kuzemin A., I. Yanchevskiy, Sorochan M., Torojev A. The use of situation representation when searching for solution in computer aided design systems // International Journal on Information Theories&Applicatios. Bulgaria, 2004. Vol. 11, №1. P. 82-88. 5.Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка принятия решений. М.: СИН-ТЕГ. 1998. 460с.

Поступила в редколлегию 02.06.2007

Рецензент: д-р техн.наук, проф. Сироджа И.Б.

Кузёмин Александр Яковлевич, канд. техн. наук, профессор кафедры информатики ХНУРЭ, начальник инновационно - маркетингового отдела. Научные интересы: системный анализ, разработка ситуационных центров. Адрес: Украина, 61166, Харьков, пр. Ленина, 14, тел.702-15-15. e-mail: [email protected].

154

РИ, 2007, № 2