CC BY
17
Н.М.Береснева
Решение проблемы анализа и отображения рациональных с позиции энергетической безопасности из множества вариантов развития ТЭК
Исследования последних лет относительно перспектив развития энергетики показывают, что в период с 2007 по 2020 гг. страна может столкнуться с серьезными трудностями в деле обеспечения своей энергетической безопасности (ЭБ), При этом под ЭБ понимается состояние защищенности страны и ее граждан, общества, экономики от угрозы дефицита в обеспечении ТЭК приемлемого качества в нормальных и чрезвычайных обстоятельствах, а также от угрозы нарушения стабильности топливо- и энергоснабжения [1]. Одно из основных направлений исследований в области ЭБ - оценка текущего состояния и перспектив развития ТЭК с позиций ЭБ (мониторинг, оценка угроз, выявление и прогноз узких мест). В ходе исследования отбираются рациональные с позиций ЭБ варианты развития ТЭК. Уровень защищенности ТЭК от угроз ЭБ определяется с помощью индикативных оценок уровня ЭБ важнейших в данном аспекте процессов функционирования энергетики. В качестве основного сводного показателя можно использовать интегральную оценку уровня ЭБ.
Исследования развития ТЭК с позиций ЭБ проводятся с помощью многочисленных вычислительных экспериментов (ВЭ) на базе моделей функционирования и развития ТЭК страны, рассматривающих в едином комплексе работу и направления развития всех систем энергетики. Существующая схема проведения исследований следующая.
Формируются сценарий развития ТЭК с позиций ЭБ по временным срезам. Для каждого момента времени путем корректировки параметров базового варианта развития формируются исходные данные для всех возможных вариантов развития ТЭК с позиций ЭБ. Каждый полученный вариант рассчитывается на эко-номико-математической модели исследования и анализируется экспертом с позиции ЭБ, в том числе и с помощью индикаторов ЭБ. Проанализировав подобным образом все предложенные сценарии развития ТЭК с позиций ЭБ, эксперт имеет возможность выбрать наиболее рациональные с позиций ЭБ сценарии развития. При этом явно будут рассмотрены не все перспективно возможные рациональные сценарии, что сужает круг исследований развития энергетики с позиций ЭБ, Процесс подготовки и расчета каждого сценария развития достаточно трудоемкий и долгий.
Поэтому в рамках основного проекта отдела энергетической безопасности предложен другой подход к проведению исследований развития ТЭК с позиций ЭБ с использованием методов комбинаторного моделирования [2], позволяющий:
• формировать все перспективно возможные варианты развития ТЭК и оценивать их на допустимость по ресурсным, финансовым и другим ограничениям;
• сопоставлять варианты по различным критериям с целью выбора из них наиболее подходящих;
• выявлять рациональные с позиций обеспечения ЭБ траекторий развития ТЭК.
Возможные варианты развития ТЭК в этом подходе формируются в виде направленного графа, узлы которого соответствуют расчетным состояниям ТЭК, дуги -траекториям развития ТЭК со своей стоимостью этого развития, Каждое вариант развития ТЭК в этом графе рассчитывается на балансовой экономико-математической модели с учетом временных срезов, В итоге, формируется граф развития ТЭК с очень большим числом перспективно возможных траекторий развития ТЭК, при анализе которого возникают две проблемы;
• невозможность проведения анализа такого большого числа возможных траекторий развития ТЭК и выбора среди них наиболее рациональных с позиций ЭБ;
• необходимость проведения анализа индикативных оценок уровня ЭБ каждого возможного варианта развития ТЭК, результаты которого могут служить критерием выбора рациональных с позиций ЭБ траекторий развития ТЭК,
Выполнение анализа графа развития ТЭК с позиций ЭБ может решаться методом отсечения неприемлемых с позиции ЭБ траекторий развития ТЭК. Критерием отсечения могут стать финансовые и ресурсные ограничения, серьезные превышения пороговых значений важнейших индикаторов ЭБ, Так формируется граф субрациональных с позиций ЭБ траекторий развития, среди которых выбираются рациональные с позиций ЭБ траектории развития, в том числе и по индикативным оценкам уровней ЭБ приемлемых с позиции ЭБ вариантов развития ТЭК. Анализ графа развития ТЭК должен проводиться с помощью среды ис-
следования графов развития ТЭК с позиции ЭБ, позволяющей:
• достаточно гибко отображать граф развития
ТЭК;
• редактировать графы развития отраслей ТЭК;
• классифицировать варианты развития ТЭК по уровню ЭБ (критерием классификации могут выступать результаты анализа индикативных оценок уровня ЭБ приемлемых вариантов развития ТЭК);
• отбирать коридор рациональных с позиций ЭБ траекторий развития ТЭК;
• взаимодействовать с модулем комбинаторного моделирования.
Анализ индикативных оценок уровня ЭБ возможных вариантов развития ТЭК может решаться с помощью отдельного графического инструмента, в котором интерактивная графика играла бы роль некоторого аналитического инструмента, позволяющего выразить все грани индикативных оценок через элементы графических объектов (диаграммы, их цветовые решения и размеры сегментов, таблицы и т.п.). Уровень ЭБ вариантов развития ТЭК может оцениваться с позиций отдельных индикаторов ЭБ, групп индикаторов ЭБ для федеральных округов и страны в целом, с позиции интегральной оценки уровня ЭБ страны, Инструмент анализа индикативных оценок уровня ЭБ возможного варианта развития ТЭК должен корректно сопоставлять оценки разнородных индикаторов ЭБ и их групп, поддерживать временной и территориальный аспекты индикаторов, а так же наглядно отображать индикативные оценки вариантов развития ТЭК,
В рамках ПВК для выбора направлений корректировки сценариев развития ТЭК с позиций ЭБ, основная задача которого - сформировать конкретные направления корректировки сценариев развития энергетики (рис.1), обозначенные проблемы были решены следующим образом.
В качестве среды исследования графов развития ТЭК с позиций ЭБ в ПВК была интегрирована система исследования больших графов GUESS, рассматриваемая в комплексе как основной инструмент общения с экспертом, Эта среда отображает граф развития ТЭК, позволяет расширять атрибуты узлов и дуг графа, группировать элементы графа по заданным критериям, создавать кластеры. В рамках этой среды организована интеграция разнородных компонентов ПВК для выбора направлений корректировки сценариев развития ТЭК с позиций ЭБ, Благодаря поддержки в GUESS интерпретируемого языка Gython имеется возможность разработки интерфейса работы с графом развития ТЭК. Пример работы программы показан на рис,2.
В качестве инструмента анализа индикативных оценок уровня ЭБ возможных состояний ТЭК в ПВК для выбора направлений корректировки сценариев развития ТЭК с позиций ЭБ была адаптирована и интегрированная программа DashBoard [4], Эта программа осуществляет детальный анализ индикативных оценок уровня безопасности состояний, результаты анализа отображаются в форме секторных диаграмм. Каждый сектор диаграммы описывает конкретный индикатор, цвет и размер сектора характеризуют численное значение индикатора, а центральный сектор диаграммы отображает обобщенную оценку индикаторов диаграммы. Все числовые значения индикаторов в программе приводятся к единой балльной шкале DashBoard, благодаря чему исключается разнородность индикаторов ЭБ. Число возможных состояний ТЭК ва-рируется - их может быть 3/5/7/9 в зависимости от установок программы.
Программа DashBoard была адаптирована - в комплексе был реализован следующий алгоритм перевода значений индикаторов ЭБ из числовых интервалов с установленными уникальными порогами в равнозначные числовые интервалы DashBoard:
Экономико-математическая модель ТЭК
Среда исследования графов развития ТЭК
База данных
Модуль комбинаторного моделирования
Блок анализа индикативной оценки уровня ЭБ
Решатель задачи ЛП
Комбинаторное моделирование
Рис. 1. Схема взаимолействия компонентов ПВК мя выбора направлений корректировки сценариев развития ТЭК
с позиций энергетической безопасности
1) Определяем границы состояний индикатора ЭБ для каждого индикатора ЭБ согласно заданным коэффициентам пороговых значений индикаторов:
у0 = Lev0 * max(X),
у] - Lev] * max(X), у2 = Lev2 * max(JQ , уз = Lev3 * max(X), где max(X) - выбранное из БД максимальное значение индикатора,
2) Определяем границы состояний индикатора ЭБ для каждого индикатора ЭБ согласно заданным коэффициентам пороговых значений индикаторов:
Уо = LevQ * max(X),
ух = Levj * max(X),
у2 = Lev2 * max(X),
y} = Lev3 * max(X),
где max(X) - выбранное из БД максимальное значение индикатора,
3) Определяем границы состояний индикатора в Dashboard (3 состояния):
а = тах(Х)/100 - «процент» значений индикатора
Уо
У\
Lev0 100
3
У 2
' = 2*
а,
100
а'
3
у'3 = Lev3 * а. 4) Определяем коэффициенты перерасчета
данных:
к, = У'~1 , г = 1,3.
У, -Ум
5) Переводим данные в интервалы Dashboard:
где х\т - приведенное значение индикатора; xim -исходное значение индикатора, m - число значений, попавших в текущий интервал, >>._, - нижняя граница
исходного числового интервала, у[_л - нижняя граница
числового интервала в Dashboard,
Пример работы программы DashBoard в ПВК для выбора направлений корректировки сценариев развития ТЭК с позиций ЭБ представлен на рис, 3,
; и—) tas-îkofcf u>w-.v<:i>
Рациональные с позиций ЭБ траектории развития ТЭК
Рис. 2. Пример работы средь/ исследования графов развития ТЭК в ПВК для выбора направлений корректировки
сценариев развития ТЭК с позиций ЭБ
Рис. 3. Пример работы инструмента анализа инликутивных оценок уровня ЭБ возможных состояний ТЭК в ПВК для выбора направлений корректировки сценариев развития ТЭК с позиций ЭБ
Заключение. В результате интеграции указанных программных продуктов в ПВК для выбора направлений корректировки сценариев развития ТЭК с позиций ЭБ решены проблемы:
1) проведение анализа такого большого числа возможных траекторий развития ТЭК и выбора среди них наиболее рациональных с позиций ЭБ.
2) проведение анализа индикативных оценок уровня ЭБ каждого возможного варианта развития ТЭК, результаты которого могут служить критерием выбора рациональных с позиций ЭБ траекторий развития ТЭК.
Библиографический список
1. Энергетическая безопасность России / В,В. Бушуев, Н.И, Воропай, А.М. Мастепанов, Ю.К, Шафраник и др, - Новосибирск: Наука, 1998. - 302 с,
2. Пяткова Н.И., Рабчук В,И., Сендеров С.М., Чельцов М.Б., Еделев А.В. Методические вопросы корректировки направлений развития энергетического комплекса государства с позиций энергетической безопасности // Изв, РАН. Энергетика. - 2005. -№ 5.
3. Eytan Adar GUESS: A Language and Intrrface for Graph Exploration http://graphexploration.cond.org/ documentation.html
4. Береснева H.M, Графическая интерпретация индикативной оценки уровня энергетической безопасности страны и регионов II Информационные и математические технологии в науке, технике и образовании. - Иркутск, 2005, - С.321-327 (Труды X Байкальской Всероссийской Конференции).
Т.Н.Ворожцова, С.К.Скрипкин
Онтологический подход к моделированию программного комплекса
Важной особенностью современного этапа развития информационных технологий является неизбежная интеграция любых информационных ресурсов, в том числе и программных комплексов (ПК), в единое информационное пространство того или иного уровня. Это обусловливает формирование соответствующих
требований ко всем компонентам информационных ресурсов, таких как, непротиворечивость, унификация, стандартизация и др. Современные требования к программным комплексам предполагают возможность их использования в Интернет - среде, для чего необходимо наличие \уеЬ-интерфейса, а также соответствую-
ще . 255ЮОООООООО(К
ЗэСоб
max. иш рузку
УРАЛЬСКИЙ
Самообеспечение*
