CC BY
79Система поддержки принятия решения в условиях неопределенности с использованием геоинформационных систем
Подполковник К.А. ЭСАУЛОВ, кандидат технических наук
Капитан В.В. ШИРОБОКОВ, кандидат технических наук
АННОТАЦИЯ ABSTRACT
Рассматриваются вопросы, связанные с принятием решений в условиях неопределенности. Предложен подход к разработке системы поддержки принятия решения (СППР) с использованием геоинформационных систем. Сформулированы направления развития автоматизированных систем управления с учетом их интеграции в единое информационное пространство.
Система поддержки принятия решения, автоматизированная система управления, единое информационное пространство, геоинформационная система.
The paper looks at matters related to decision taking in conditions of uncertainty. It suggests an approach to devising a system of support for decision making involving geoinformation systems, and formulates development trends for automated control systems, given their integration in uniform information space.
KEYWORDS
System of decision-making support, automated control system, uniform information space, geoinformation system.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА
УПРАВЛЕНИЕ подразделениями в мирное и военное время напрямую связано с необходимостью принятия решений в динамически меняющихся условиях обстановки. Широкое распространение в последние годы получила концепция сетецентрической войны (от англ. Network-centricwarfare), при которой все участники боевых действий (командование, военная техника, живая сила) объединены в единую информационную сеть. Такой подход позволяет повысить как синхронизацию действий подразделений, так и скорость принятия решений командованием. Концепция предполагает активное использование беспилотников, высокоточного оружия, хорошо защищенных устойчивых каналов связи с высокой пропускной способностью, а также широкое использование средств радиоэлектронной борьбы.
СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Большинство задач, с которыми сталкивается лицо, принимающие решение (ЛПР), не имеют однозначного решения. Следствием чего является необходимость из множества альтернативных решений выбирать единственное с учетом имеющейся информации, ограничений и личных предпочтений ЛПР, напрямую связанных с ранее приобретенным опытом. Сам процесс управления является целенаправленным, соответственно результат деятельности ЛПР может быть оценен с точки зрения ее эффективности, используя показатели оперативности, ресурсоемкости и степени достижения цели.
В условиях неопределенности вероятность наступления отдельных событий, влияющих на конечный результат, может быть установлена с той или иной степенью точности.
В общем случае неопределенность может быть вызвана либо противодействием противника, либо недостаточной осведомленностью об условиях, в которых осуществляется выбор решения.
Рассмотрим принципы обоснования решений при наличии недостаточной осведомленности относительно условий, в которых осуществляется выбор.
Одним из направлений решения проблемы недостаточной осведомленности является создание единого информационного пространства (ЕИП)1. В свою очередь, ЕИП должно объединить ранее разработанные и принятые в эксплуатацию автоматизированные системы управления (АСУ), которые также должны непрерывно совершенствоваться2, 3. Сложности интеграции АСУ различного назначения в ЕИП во многом связаны с отсутствием единых подходов к их созданию, следствием чего стало несовпадение форматов хранения и передачи данных, различие аппаратных и программных платформ,
что может стать причиной их полной несовместимости.
АСУ при реализации своих функций опирается на данные из различных информационных систем, в том числе геоинформационных. Основное назначение геоинформационной системы военного назначения (ГИС ВН) — преобразование и представление больших объемов разнообразной координатно-временной информации в виде, удобном для использования органами управления войсками и оружием в процессе изучения, анализа и оценки обстановки при принятии решения. Можно выделить следующие направления военно-прикладного использования ГИС ВН в деятельности ВС РФ4:
• при подготовке и проведении учений (топогеодезическом обеспечении, координации действий подразделений);
• при оперативной подготовке;
• при стратегическом планировании операций, общем планировании применения группировок на театрах военных действий;
• при моделировании маршрутов перемещения наземных объектов и траекторий полета воздушных судов, артиллерийских снарядов, ракет, спутников, межконтинентальных баллистических ракет;
• при целеуказании и организации системы огня в бою;
• при планировании и проведении специальных операций;
• при анализе функционирования систем противоракетной обороны;
• при отображении информации в управлениях, отделах, службах, дежурных силах Минобороны РФ;
• при базовом картографировании;
• при анализе местности и решении оптимизационных сетевых задач;
• при сборе и анализе разведывательной информации по целям и объектам противника, а также контроле перемещения войск и боевой техники;
• при решении навигационных задач и др.
Особые сложности по принятию решения вызывают задачи, которые ЛПР решает впервые. Значительно повысить оперативность решения в этом случае возможно только при использовании типовых решений и консультации экспертов.
Оперативно меняющаяся обстановка должна учитываться при реализации принятого решения, следствием чего должны быть своевременные управляющие воздействия, направленные на парирование негативных факторов внешней среды.
На основании всего вышеперечисленного можно сформировать следующие требования к СППР с использованием ГИС ВН:
• наличие программного обеспечения, реализующего функции математического анализа альтернатив;
• информационное сопровождение и поддержание баз данных в актуальном состоянии;
• возможность экспертной оценки и проведения консультаций в реальном режиме времени;
• возможность оперативно корректировать ранее принятое решения на основании полученной информации об изменении текущей обстановки;
• возможность формулировать решение в виде типовых документов управления и распоряжений;
• возможность накопления и анализа типовых решений с целью дальнейшего совершенствования системы;
• интуитивно понятный пользовательский интерфейс с системой контекстной справочной помощи;
• масштабируемость системы в зависимости от уровня управления;
• аппаратная и программная совместимость с используемыми в подразделениях средствами автоматизации.
С учетом предложенных требований была разработана следующая концептуальная модель СППР с использованием ГИС ВН (рис.).
Основным элементом предложенной концептуальной модели является модуль принятия решения. На вход модуля в формализованном виде поступают условия задачи, на основании типовых решений выбирается
Рис. Концептуальная модель системы поддержки принятия решения
СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ГЕОИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
несколько альтернативных решений, которые фильтруются по критериям пригодности. Далее из полученного подмножества проводится выборка с использованием известных методов принятия решения5, например, критерий среднего выигрыша, критерий минимакса, критерий макси-макса, критерий Лапласа, критерий Вальда, критерий Сэвиджа, критерий Гурвица, критерий Ходжа-Лемана и т. д. После фильтрации альтернатив, в случае сомнения у ЛПР в выборе решения помощь могут оказать эксперты, в том числе в режиме реального времени. Далее ЛПР генерирует управляющие воздействия в виде соответствующих документов и распоряжений, которые формируются в автоматизированном режиме на основании информации, хранящейся в базах данных (учета личного состава, техники, имущества и т. д.) и ГИС ВН. Изменения во внешней среде регистрирует система датчиков и передает в модуль принятия решения, что позволяет оперативно вносить изменения в ранее принятое решение, адаптируясь к динамически меняющимся условиям, что повышает гибкость управления.
Одним из направлений решения проблемы недостаточной осведомленности является создание единого информационного пространства. В свою очередь, ЕИП должно объединить ранее разработанные и принятые в эксплуатацию автоматизированные системы управления (АСУ), которые также должны непрерывно
совершенствоваться. Сложности интеграции АСУ различного назначения в ЕИП во многом связаны с отсутствием единых подходов к их созданию.
После исполнения решения результаты должны быть оценены и соответствующие изменения внесены в банк типовых решений, что позволит системе постоянно совершенствоваться. Каждая задача чем-то отличается от ранее решаемых, поэтому для выбора наиболее близких решений (формирования альтернатив) используется нейросетевая под-система6, т. е. применяются элементы искусственного интеллекта.
Таким образом, преодолевается неопределенность, вызванная недостаточной осведомленностью об условиях, в которых осуществляется выбор решения. Недостаток опыта ЛПР компенсируется наличием типовых решений, которые формируются с помощью нейросетевой подсистемы и соответствующих баз данных, а также возможностью получения консультаций специалистов в реальном режиме времени, например в виде конференцсвязи. Датчики позволяют собирать разнородную информацию, которая используется для оперативной коррекции решения с учетом изменения окружающих условий. Например, о текущем положении подразделений, вплоть до положения отдельного военнослужащего, изменениях метеорологической обстановки, о состоянии техники, самочувствии военнослужащих, запасах топлива, боеприпасов и т. д.
Особое место при реализации предлагаемой модели СППР занимает задача обоснования требования к вычислительным средствам. Многие задачи хорошо распараллеливаются, например работа с базами данных, выбор решений по отдельным направлениям обеспечения и т. д. Применение ГИС на разных уровнях управления предъявляет свои требования к степени детализации и соответственно к вычислительным возможностям, используемым ЛПР. Постоянное совершенствование ГИС
позволяет получать различные виды местности, в том числе и объемные, а с учетом дополнения их оперативными данными со средств дистанционного зондирования земли позволяет проводить рекогносцировку и привязку к ориентирам на местности.
Исходя из вышеизложенного можно сделать следующие выводы.
Сетецентрический принцип ведения современных войн предъявляет высокие требования к ЕИП ВС РФ и функционирующим в нем АСУ ВН. Основными направлениями развития АСУ связаны с обработкой больших данных, машинным обучением и человеко-машинным взаимодействием. Особое место при разработке, предложенной СППР, занимает вопрос обеспечения электронного документооборота, связанный с согласованием и реализацией механизма электронной цифровой подписи.
Применение предложенной модели СППР с использованием ГИС ВН позволит повысить оперативность принятия решений, гибкость системы управления, тем самым повышается
Недостаток опыта ЛПР компенсируется наличием типовых решений, которые формируются с помощью нейросетевой подсистемы и соответствующих баз данных, а также возможностью получения консультаций специалистов в реальном режиме времени, например в виде конференцсвязи.
ее эффективность в целом. Использование СППР не снимает ответственность с ЛПР. Решение, полученное с помощью СППР, может быть скорректировано ЛПР с учетом личного опыта и рекомендаций экспертов.
Новизна предлагаемого решения заключается в использовании ней-росетевого подхода при формировании набора альтернативных решений, наличии связи СППР с внешней средой, а также в учете достигнутого результата и возможности самосовершенствования системы на основе его анализа.
ПРИМЕЧАНИЯ
1 Боков С.И., Желтухин П.С., Пьян-ков А.А. Основные подходы к созданию единого информационного пространства военно-технической политики Российской Федерации // Военная Мысль. 2018. № 4. С. 5—12.
2 Анохин Д.В., Зинатуллин И.Р., Ца-релунга В.В., Сафонов В.В. О совершенствовании программного обеспечения Единой системы управления тактического звена // Военная Мысль. 2018. № 4. С. 21—28.
3 Морозов С.В., Кудренко О.А., Долин Р.С. Основные направления развития автоматизированных систем управления военного округа // Военная Мысль. 2018. № 4. С. 29—34.
4 Присяжнюк С.П., Филатов В.Н., Фе-доненков С.П. Геоинформационные системы военного назначения: учебник для студентов, обучающихся по программам подготовки офицеров ВМФ в области обеспечения сил флота. М-во образования и науки Российской Федерации, Балтийский гос. технический ун-т «Воен-мех», Каф. информационно-энергетических технологий. СПб.: БГТУ, 2009. 208 с.
5 Черноруцкий И.Г. Методы принятия решений. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. 416 с.: ил.
6 Хлопкова О.А. Методы и алгоритмы интеллектуализации принятия решений в условиях неопределенности на базе аппарата нейронных сетей и эволюционного моделирования: дис. ... канд. тех. наук: 05.13.17. М., 2016. 157 с.
