Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Разработка методологии использования данных о состоянии природной среды на морских объектах для принятия решений

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Разработка методологии использования данных о состоянии природной среды на морских объектах для принятия решений"

г/и ОД

2 4 НОЯ 1007

Российская Академия Наук Институт океанологии им. П.П.Ширшова

На правах рукописи

Вязилов Евгений Дмитриевич

УДК 551.46.062.8:681.3.016

РАЗРАБОТКА МЕТОДОЛОГИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДАННЫХ О СОСТОЯНИИ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ НА МОРСКИХ ОБЪЕКТАХ ДЛЯ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ

Специальность: 11.00.08 "Океанология"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 1997

Работа выполнена во Всероссийском НИИ гидрометеорологической информации - Мировом центре данных Росгидромета

Официальные оппоненты:

док.физ.-мат.наук, профессор А.Н.Парамонов

док.техн.наук, профессор В.Н.Лопатин

док.физ.-мат.наук В.Э.Рябинин

Ведущая организация:

Всероссийский НИИ гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МИНЧС России

Защита состоится " " '1 2 1997 г. в часов на

заседании диссертационного совета Д 002.86.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора технических наук при Институте океанологии им. П.П.Ширшова РАН (Москва, Нахимовский пр., 36).

Отзыв просьба присылать в двух экземплярах с заверенной

подписью по указанному адресу на имя ученого секретаря.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИО РАН.

Автореферат разослан " 2.\ " ^ О_ 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

С.Г.Панфилова

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЙ. За последнее десятилетие получены определенные результаты в области автоматизации методов наблюдений, сбора, хранения и прикладной обработки информации о состоянии морей а океанов. Разработаны н внедрены системы первичной обработки данных, планомерно создаются базы данных на современных технических носителях - магнитных лентах и дисках. Введено в промышленную эзссплуагадшо значительное количество оперативных и режшшо - справочных балков океанографических данных, позволяющих увеличить скорость обработки данных, растирать формы выдачи информация. В начале восьмидесятых годов отмечался существенный разрыв в системе переработка информации и ее доведения до потребителей. В настоящее время развернуты большие работы по созданию систем доведения информации до потребителей со телефонным йяи телеграфный каналам связи, в т.ч. по межмашинной связи (электронная почта, 1КГЕ1ШЕТя др.).

Уже вырисовывается единый автоматизированный программно -технический комплекс переработки этой информации от наблюдений до доведения информации до морских объектов. Из оценок уровня автоматизации в различных подсистемах переработки океанографической информации можно сделать, вывод, что этап применения информации о со* стоянии природной среды на морских объектах слабо исследуется и не автоматизируется. На практике внедрена только малая часть методов повышения эффективности использования информации, предложенных учеными. И причин здесь много.

Гидрометеоролога пришли к выводу, что какого т либо значительного повышения эффективности гидрометеорологического обеспечения экономики страны за счет повышения оправдываемостп прогнозов ожидать нельзя в ближайшее десятилетие. Поэтому основной упор необходимо направить на улучшение обслуживания потребителей, т.е. за счет автоматизации методов доведения я использования океанологической информации.

До сих пор специалисты - гидрометеоролога искали ответы на вопросы. Какая будет погода в ближайшие сугкя, декаду, месяц? Каковы многолетние и текущие значения гидрометеорологических параметров? И это была неизбежная стадия в развитии гидрометеорологии, потому что звенья гидрометеорологического обеспечения еще не сформировались в полном объеме. С переходом от пассивного распространения информации к обеспечению технологических процессов (например, промысла рыбных объектов, проводки судов рекомендованными курсами и др.) гидрометеорология вступила в качественно новый период развития.

В ряде работ, появившихся в последнее десятилетне, описываются методы и методики расчетов, позволяющие определить влияние условий среды на морские объекты. Однако, учитывая постоянно изменяющиеся условия среды, многообразие гидрометеорологических факторов, влияющих на морские объекты, большой объем информации, успехи в области автоматизации сбора, обработки и доведения информации до потребителя, автор пришел х выводу, что только при автоматизации последнего этапа - использования информации при принятии решений на морских объектах можно увеличить эффект от применения информации о состоянии природной среды. Одним из главных рычагов улучшения использования океанографической информации является автоматизация доведения и применения этой информации иа морских объектах.

Автоматизация использования информации о состоянии природной среды при принятии решений - это новое научное направление, характеризующееся, как средство осуществления выдачи сведений о воздействиях условий среды на морские объекты и рекомендаций по предотвращению или уменьшению этого влияния на основе использования аппарата экспертных систем (ЭС), математических моделей, баз данных и графических средств отображения информации.

СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ПРОБЛЕМЕ. Вопросам использования информации о состоянии природной среды в теоретическом плане посвящены исследования Е. Е .Жуковского, Э.И.Монокровича, Б.Н.Беляева, Г.П.Вимберга, Е.П.Борисешсова, Л.А.Хандожко, К.Смита и др. Наиболее полно теория принятия решений с использованием гидрометеорологической информации изложена в трудах Е.Е.Жуковского.

Управлешпо на основе информации о состоянии природной среды уделялось мало внимания, имеются только отдельные исследования в этом направлении, можно отметать работы А.П.Трофимова, М.В.Панасюка из Казанского университета. Различные организационные, технические, экономические, математические п информационные вопросы создания и применения систем переработки информации о состоянии природной среды (систем сбора, банков данных, систем доведения информации) рассматривались в работах В.М.Веселова, Е.П.Рыжих. В.П.Кеоццлсяиа, В.Б.Брнткова, В.Н.Лопатина др. Однако, все эти исследования практически не касались последней части системы переработки информации - выдачи сведений о воздействиях природы на морские объекты, население, окружающую среду и рекомендаций - проектов действий.

Для оказания помощи лицам, принимающим решения (ЛПР), в вопросах планирования и принятия решения по управлению объектами, подвергаемыми влиянию условий среды, необходима автоматизация выработки рекомендаций по уменьшению или предотвращению последствий. Для автоматизации в этой области исследований можно использовать современные информационные технологии - экспертные системы и системы поддержки принятия решений. Необходимость создания подобных систем в области исследования природной среды высказывалась академиком Вороновым и др. учеными.

ПРЕДМЕТ И ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЙ. Предметом исследования являются методология и организация построения, развитая и внедрения систем поддержки, принятия решений (СППР), рассматриваемых в едином целостном комплексе процессов паблюдений, сбора, обработки, доведения и использования океанографической информации. Только при реализации тажих комплексов как Государственная система контроля природной среды (ГСКП) я Государственная автоматизированная система сбора, хранения, обработки, обмена и хранения океанографической информации (ГАСОИ) можно говорить о широком применении СППР. При этом становится возможным создание принципиально новых средств интеграции данных, знаний, моделей, графики в ЭВМ -объединение процессов сбора информации, ее использования для принятия решения в рамках единой системы и совершенствование методов управления экономикой страны.

Объектом исследований является процесс подготовки принятия решении на основе информации о состоянии природной среды для ЛПР на морских объектах. Объектами внедрении основных метбдолопгчсскнх положений диссертации представлены организации РОСГИДРОМЕТА (ВНИИГМИ-МЦЦ, ААНИИ), Академии наук (ИО РАН, МГИ АН Украины), рыбного хозяйства (АТЛАНТНИРО), энергетики (ФЭИ) и др.

МЕТОДОЛОГИЧЕСКОЙ И ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ОСНОВОЙ работы является системный анализ проблем автоматизации переработки информации. Это позволило в СППР рационально сочетать словесное описание условий среды, ее воздействие на объекты, рекомендации и математические модели оптимизации принятия решений, графическое отображение планов и карт местности, где происходит явление природы, что поможет оптимально использовать информацию о состоянии природной среды, определить приоритеты рекомендаций и выбрать наиболее правильно тип используемой информации (текущая, прогностическая, климатическая). В диссертации также используются методы теории исследования операций, основы теории управления, эконо-

шпш - математического моделирования, организации баз и банков данных, элемента искусственного интеллекта..

ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЙ состоит в разработке научно обоснованных, технических, экономических в технологических решений, внедрение которых вносит значительный вклад в усхорепие научно - технического прогресса.

Для достхшепна указанной цели исследование в работе были поставлены следующие задачи:

® исследовать процесс подготовки а прншггож решений на основе информации о чрезвычайных ситуациях природного хлраетера; в разработать методологию построения и развития СППР, структурно

связывающую в едаиьш комплекс цели, решении» затраты, эффекты; « обосновать принципы создания СППР дал стихийных явлений;

• разработать требоваки® и научно - методические рекомендации по технической реализации СППР, в т.ч. по получению и созданию баз данных и знаний.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Впервые раскрыта сущность, роль и перспективы автоматизации использования информации о состоянии природной среды при принятии решений. Доказана возможность форма-шпации сведений о воздействиях и рекомендациях и эффективного построения СППР. Впервые разработана СППР в области гидрометеорологии. Исследован процесс принятия решений.

Теоретические результаты подтверждены практической реализацией СППР, банков к баз данных.

Новые научные результаты заключаются конкретно в следующем:

в формировании научных основ создания и применении системы предупреждения населения и предотвращении последствий экстремальных ситуаций с использованием компьютеров; » формализации, классификации воздействий и рекомендаций во предупреждению шш ошжешсэ опасности природных стихийных бедствий;

• создании методов введении в систему принятия решении данных о состоянии природной среды ш Государственной системы наблюдений Росгидромета;

в применении математических моделей в СППР, что позволяет подключить к системе возможности расчета едя а средств для проведения поисково - спасательных работ и превентивных мер, оценки эффех-

тивносш этих работ, для описания ситуаций в СППР используются вероятностно - статистические характеристики фстояння среды;

• использовании созданных баз знаний в качестве тренажера, что позволяет организовать подготовку органов управления и населения к действиям в чрезвычайных ситуациях;

• выработке подхода к совершенствованию использования информации о состоянии природной среды, который конкретно реализован в виде научно методических рекомендаций по созданию СППР, разработанных конкретных СППР, баз знаний, форм графического отображения и математических моделей.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ состоит в обосновании и определении перспектив развития нового направления исследований - использования информации о состоянии природной среды. Применение современных информационных технологий для этого позволит на практике более рационально принимать решения на морских объектах, что содействует повышению эффективности работы отраслей, уменьшению убытков от стихийных бедствий, увеличению безопасности людей. Оперативное, достаточно полное представление ЛПР различного уровня управления (государственным органам, руководителям предприятий, учреждений, общественным организациям) рекомендаций по принятию решений реально даст ни возможность принимать оптимальные решения стратегического и тактического характера по управлению морскими объектами, снижению отрицательных воздействий условий среды па экономику страны, население и др.

Разработанный соискателем подход к построению, развитию и эксплуатации СППР на основе ЭС способствует практическому внедрению экономических методов управления, уменьшению попыток игнорирования информации о состоянии природной среды при принятии решений

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ. Научные результаты, теоретические положения и выводы диссертации использованы:

• Межведомственной комиссией "Сбор, хранение, автоматизированная обработка н обмен океанографической информацией" при разработке предложений о создании рабочих мест океанолога.

• ВНИИГМИ-МЦД при реализации НТП ГКНТ СССР 0.74.01 (19811985 гг.), проект "Информация"; 1986-1990, 1991-1995 гг. проект ГА-СОИ. В НИР У.Збг.08 (1984-1985); VII.861.03 (1986-1988); УИ.7Б.12

(1991); IX.la.4 (1991-1993); VII.76.2 (1992-1993) и др.; ГНТП КЛИ-4МАТ, проект бЛ.Зг/Информатизация России", проект 73.2;

• АТЛАНТНИРО щш разработке ЭС дня прогноза рыбонромысловых условий в центральной восточной Атлантике;

• МГИ АН Украины прн создании банков данных и знаний.

• АЛИИ И для .создания системы анализа гидрометеорологических данных;

• ФЭИ при создании демонстрационного варианта подсистемы РАДИОНУКЛИДЫ;

• ПСА РАН при выполнении проектов РФФИ N 94-01-0451 (1994-1996) и N97-01-00168;

® ВИПТШ МВД РФ при разраболсе СППР для лесных пожаров в районах, подверженных радиоактивному загрязнению; « НПО ПЕТРОКОМЕТА при разработке ЭС для чрезвычайных ситуаций;

в Российском НИИ IX) и ЧС при подготовке энциклопедии и каталога

по чрезвычайным ситуациям; « ВИА im. Куйбышева при разработке ЭС в случае аварий с выбросом сильнодействующих ядовитых вещесш, взрывов газа, а взрывчатых веществ.

Ряд результатов использован в учебном процессе на курсах повышения квалификации РОСГИДРОМЕТА 1980-1987 пг. в разделе "Автоматизация обработки океанографической информации". Исследования были поддернаны также международным грантом Открытого университета (Прага) проект No 589/94 "Creating Computerized System of Producing Information on the Disasters and Emergency cases on Population, Nature, Industry and Recommendations for their Preventing or Decreasing the Damage Caused" (1994-1996).

В целом в диссертации обобщены, полученные автором научные и практические результаты по построению, развитию и эксплуатации ре-жвмно-справочных банков данных, СППР при выполнении более 20 НИР за период 1977-1997 годы, в четырех ш которых автор являлся научным руководителем, в остальных ответственным исполнителем. Во всех НИР соискатель принимал личное н непосредственное участие. В 1992-1995 гт. соискатель являлся руководителем проекта 6.U НТП КЛИМАТ, 1993-1994 гг. - проекта73.2 НТП "Информатизация России".

АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ. Основные иоложешт и. вьшоды длссерчациошшй работы, практические решешш обсуждались на II и III съездах океанологов (Ялта, 1982, Ленишнрад,

1987); Всесоюзных совещаниях пользователей океанографической информации (Обнинск, 1983,1985); Научно - практической конференции по методам промыслового прогнозирования (Мурманск, 1983); на заседании Научного Совета Госхомгидромета по проблеме "Изучение океанов н морей и использование их ресурсов" (Москва, 1984); Всесоюзном совещании "Актуальные проблемы развития океанографической информации" (Обнинск, 1989); Всесоюзной конференции "Морские льды н хозяйственная деятельность на шельфе" (Мурманск, 1989); Втором Всесоюзном симпозиуме "Проблемы информатизации общества и развитая науки" (Обнинск, 1990); III н IV семинаре "Системы экологического контроля вод" (Севастополь, 1991,1992); Первом Всесоюзном совещании по экологии (Москва, 1991); Российской радиобиологической научно -ирактической конференции "Проблемы экологического мониторинга" (Брянск, 1991); III Всесоюзном совещании "Сырьевые ресурсы южного океана и проблемы их рационального использования" (1991, Керчь); Всесоюзной научно - практической конференции "Проблемы рыбопромыслового прогнозирования", (1991, Калининград); Всесоюзной конференции "Выживание* или "Жизнь в условиях нужды и риска" (Суздаль, 1991); Первом съезде специалистов по безопасности деятельности человека (С.Петербург, 1992); Международном симпозиуме "Предупреждение риска (научно - техническая эволюция)" (Москва, 1992); первой Российской научно - технической конференции "Современное состояние и проблемы морской и воздушной навигации" (С.-Петербург, 1992); школе "Автоматизация гадроэкологтгческих исследований" (Севастополь, 1992); пятой региональной конференции "Проблемы изучения, рационального использования н охраны природных ресурсов Белого моря (Петрозаводск, 1992); конференциях по теме "Проблемы управления в чрезвычайных ситуациях" (Москва, 1992,1994,1996); седьмой региональной конференции "Комплексное изучение бассейна Атлантического океана (Калининград, 1993); East - West. AI Conference: from Theory to practice - EWAIC93. Moscow, September 7-9, 1993; International Symposium Water Resources Planning in a Changing World (Karlsruhe, Oermany, June 28-30, 1994); Международный научно - технический семинар "Морское и экологическое приборостроение (МГИ HAH Украины, Севастополь, Сентябрь 1994); World Conference on Natural Disaster Reduction, Yokohama, 23-27 May 1994); конференция "Экосистемы морей России в условиях ашропогешюго воздействия (Астрахань, КаспНИРХ, 22-24 Сентября 1994); третья Международная конференция "Информационные системы безопасности" (19-20 ноября 1994, Москва, ВИПТШ); Envirosoft-94. San-Francisko, 1994; The international emergency

management and engineering conference (May 9-12,1995. - Nice, FRANCE, TIEMES aad Ecole de Mines de París); The International Emergency Management and Engineering Conference - TIEMS'96. The International Emergency Management Society (May 28-31, 1996, Montreal, Cañada); NATO Advanced Research Workshop on Integrated Approach to Environtnental Dafa Management Systems (Izmir, Turkey, Sept 16-20, 1996). .

ПУБЛИКАЦИИ. Содержание и основные положения диссертации опубликованы в 30 научных работах: монографии в соавторстве, научных статьях, брошюрах, докладах, методических материалах.

СТРУКТУРА РАБОТЫ. Диссертация состоит ш введения, 5 глас, заключения, списка использованной литературы, 2 приложение. Содержит 314 страниц машинописного текста, в т.ч. 31 таблицу, 31 рисунок, список использованной литературы из 237 наименований,

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, ВЫНОСИМЫХ НА ЗАЩИТУ:

1. Концепция создания и применения системы информирования и предупреждения населения о возможных воздействиях и предотвращения последствий стихийных гидрометеорологических явлений с использованием компьютеров, в т.ч. для обучения в качестве тренажеров.

2. Методология построениям развития СППР, структурно связывающая в едипый комплекс цели, решения, затраты, эффекты.

3. Методы формализации, классификации воздействий и рекомендаций по предупреждению или снижению опасности природных стихийных бедствий. ..

4. Методы технической реализации СППР, в т.ч. получения знаний и создания баз данных и знаний, введения в систему данных о состоянии природной среды океана.

5. Способы применения экономшео- математических моделей в СППР.

Глада 1. РОЛЬ ИНФОРМАЦИИ О СОСТОЯНИИ ПРИРОДНОЙ

среды при принятии решений

Несмотря па определенные успехи в области автоматизации не достигнуты еще следующие цела:

• нет полной автоматизации, начиная от сбора и заканчивая доведением информации до потребителя; « не автоматизировала функция использования информации у потребителя.

При учете информации о состоянии природной среды возникает ряд трудностей. Потребитель не всегда точно знает, как правильно и когда использовать текущую, прогностическую и климатическую (фоновую) информации при подготовке или принятии того или иного решения на различных объектах.

Для подготовки решении необходимо провести анализ множества вариантов возможных решений, связанных с пространственно -временными масштабами осреднения, технико - экономическими показателями объектов.

Не будучи осведомленным в свойствах информации п не располагая достаточными сведениями о конкретных способах ее использования, потребители выдвигают завышений.требования по объему и точности данных.

Автоматизация обработки данных значительно увеличила объем информации, что еще больше затруднило выбор правильного решения. Сюда входят, как данные наблюдений, так и данные, получаемые расчетными методами (результаты интерполяции в пространстве и во времени, статистические характеристики климата, прогнозы). Состояние среды определяется сотнями тагах характеристик.

Уникальность объектов (особенности проекта в работы каждого из них) необходимо учитывать при выдаче рекомендаций. Далеко не все стихийные явления могут быть сиропхозпропаны, недостаточны пространственно -временные масштабы наблюдений за параметрами среды, что ие всегда позволяет вовремя выделить стихийное явление или отклонения от нормы тех или иных параметров среды. Неточность применения расчетных методов. Из - за недостаточности данных, их интерполяция не может быть произведена с высокой точностью.

Таким образом, недостатками существующих способов доведения и использования информации о состоянии природной среды являются:

• значительные, а иногда просто неприемлемые для потребителя, сроки доставки информации;

• несовершенные формы представления информации;

• отсутствие научно - и практически обоснованных представлений о необходимости н достаточности информации для управляющих решений потребителя (номенклатура информации, критические значения отдельных элементов по точности наблюдений и прогнозирования, по степени распространения тех вша. иных явлений во времени н в пространстве);

о отсутствие правовых и хозрасчетных норм во взаимоотношениях учреждений Росгидромета с потребителями, а. также отсутствие мер ответственности потребителей за неиспользование гидрометеорологической информации или непринятие мер по предотвращению ущерба, неблагоприятных последствий.

Выходом из создавшегося положения ¡шляется автоматизация поддержки решений на морских объектах с использованием информации о состоянии природной среды и доведение се до потребителя не в форме цифр, графиков и карт, а в форме проектов мероприятий.

Информатизация этого направления позволит осуществить непрерывное слежение за стихийными явлениями, заблаговременно прогнозировать моменты их возникновения в развития, выработать рекомендации по предотвращению воздействий этих явлений п ликвидации их последствий, оперативно решать задачи оптимального перераспределения ресурсов для предотвращения н ¡шхввдацнн последствий стихийных явлений.

Усиление зависимости человечества от условий среды объясняется следующими факторами: интенсивным освоением новых районов (добыча нефти, газа и других полезных ископаемых); строительством новых дорогостоящих объектов (танкеров, буровых и т.п.), зависящих от условий среды; усложнением организационного уровня управления экономикой страны; разбросанностью информации по различным источникам (лоции, атласы, справочники, СНиП и т.п.); невозможностью быстрого анализа и обработки всей информации с целью принятия оптимального решения; отсутствием методов для постоянного учета условий среды при принятии ирошводствениых решений. Обобщенная схема иршитш решении на основе инфорцацдя о состояш природной среды представлена на рис. 1.

Рис.1. Организационная схема передачи сведений о природных ситуация! для принятая реакций

Глав» 1. ИДЕОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ СППР Рассмотрим системные основы использования аппарата экспертных систем. Совокупность логических правил, предписывающих ЛПР определенную линяю поведения в конкретных природных условиях, будем называть стратегией ЛПР. Эта стратегия представляет собой действия, который ЛПР руководствуется регулярно в аналогичных условиях. Действия, которые необходимо выполнить, зависят о-г произведенных

воздействий (опасностей). Для каждого типа объектов (.1) эти свяли можно описать соответствующими парами I ■:

Д = Р(0»), (2.1)

Воздействия зависят от условий среды. ,.:

0* = Р(ГМУ), (2.2)

Гидрометеорологические условия можно представить в следующем виде;

ГМУ => «А<> <7л», (2.3)

где А, - множество параметров, характеризующих среду; Ъ, - значение параметра.

Имеются значения параметров среды А,, в т.ч. максимальное, минимальное и среднее значения, характеризующие текущее, прогностическое и климатическое состояния с вероятностями проявления Р;. Каждому явлению (условиям) соответствует множество возможных воздействий (опасностей) СН. Зная воздействия ЛПР вырабатывает целы п определяет критерии принятия решений К^. Цели использования информации не всегда могут быть выражены в виде числового критерия. Кроме того, в таких задачах часто нет полной информации о природной среде, в наблюдениях п результатах расчетов имеются ошибки, для одних и тех же гидрометеоусловий на разных объектах и в зависимости от времени года могуг быть разные решения, т.е. имеется неоднозначность, а иногда при использовании разных параметров среды может быть и противоречивость. Все это говорит о том, что мы имеем дело с неформализованными задачами.

Критерий служит основой оценки решения и позволяет избежать субъективных и произвольных суждений. Принятие решения всегда сопряжено с риском, который можно свести к минимуму только подбором рационального комплекса критериев. Критерии ориентируют деятельность, направленную па решепие поставленной задачи. Но в то же время случайный подбор критериев может привести к случайным решениям. Каковы критерии - таково и решение. Главными критериями принятия решений на основе информации о состоянии природной среды являются безопасность людей и материальных ценностей, уменьшение ущерба, увеличение прибыли и др.

Имея критерии принятия решений, можно определить множество рекомендаций (мероприятий) Д$. Каждое действие характеризуется У* -множеством возможных ущербов и Э^ - множеством возможных прибылей.

Задать конкретную стратегию S - значит указать алгоритм, согласно которому определенным условиям среды, характеризуемым параметрами Аь ставятся определенные действия, выбираемые из множества возможных Дд. В конкретных ситуациях выбирается определенный перечень действий, то есть имеется однозначное представление 5(Аь Р-иК,Т) Услогие Z* => О* => Д*, (2.4)

Запишем это представление в виде логического правила: Если Ai<Zi V Aj>Zi & Pi=Pij... Ai<Za, то з&дапъ Of & Дг}, (2.5)

Для отображения званий применяются продукции, семантические сети, деревья решений и др. Приведенные выше правила наиболее легко представляются в базах знаний экспертных систем в вцце продукций. В общем виде под продукцией понимаются выражения следующего вида:

Ecjai (yc.>ïDSHel)V(&)(yc^onus2)...,To(oiîac5£ocTbl»2...)V (прегаэз 1), (2.6) Если (условие), то (опасность 1), шшпг (опасность 2). (2.7)

Здесь в условиях содержится азая параметра, знаки <, =, > н критерии значений параметров для числовых значений или да шш пет для символьных параметров. В полуформалшоваппом ваде это випыднт следующим образом:

Ecran А<В,то выдать 0),0з,0} V прогноз 1 & перейти на нозое услгкже.

Из многочисленных задач, которые можно решать с помощью экспертных систем в гидрометеорологии, наиболее типичны задачи прогнозирования, поддерззси решений, контроля данных; Опасности, по существу, представляют собой прогноз развития гидрометеорологической ситуации или событий на объекте.

Средства формирования базы знании в первую очередь должны содержал» подсистемы по редактированию базы знаний это могут был» как средства редактирования текстовой информации, так н средства по занесению в базы знаний и редактированию графической информации. Формирование базы знаний с помощью предлагаемых меню упрощает работу разработчика по сравнению с вводом информации на командном языке системы. Развитые СППР предоставляют возможность разработчику как подключать к ЭС другие системы, например, более мощный редактор, так и наращивать СППР включать новые возможности.

Средства отладки наполняемой СППР должны содержать средства по отладке базы знаний, графическое представление взаимосвязей, свободное текстовое и графическое редактирование, синтаксическая и семантическая проверка, проверка непротиворечивости, по управлению доступом к базе знаний для сокращения времени поиска, содержать возможность задания приоритетов правилам, предоставлять информацию по запросам "Как* - "Как достигнуто то или иное заключение" и "Почему" - "Почему выбрано именно это заключение среди альтернативных* . Возможность системы отвечать на вопросы пользователя "почему" и "как" является важной, поскольку она увеличивает степень понимания пользователем возможности СППР в части принятия решений.

Возможности СППР во мшмим определяются ее интерфейсом с конечным пользователем. Интерфейс с конечным пользователем проектируется так, чтобы обеспечить средства интерактивного диалога. Этот диалог и или средства начального ввода с точки зрения пользователя выглядит как структурированная схема ввода данных типа меню, которая позволяет пользователю отвечать на запросы системы.

В системе должна быть база данных, в которой хранятся сведения об именах параметров. Свази между значениями параметров среды и сообщениями должны устанавливаться в базе знаний. Каждому текущему, прогностическому и климатическому значению параметра среды соответствует свой перечень сообщений. Для различных уровней управления набор сообщений отличается при одном и том же значении параметра среды. Перечень сообщений может различаться в в зависимости от типа деятельности руководителя (текущее, тактическое, стратегическое планирование), сезона года, географической области, цела работы объекта, пример параметров настройки для нескольких подсистем дан в табл.1. Для введения в систему указанных выше параметров настройки в'систе-ме создан соответствующий блок, который позволяет для всех сообщений и рекомендации поставить отметку "выдавать или не выдавать", а также поставить им приоритет, указать возможность использования моделей для уточнения влияния среды иа объект или оптимизации экономических показателей работы объекта. Каждому сообщению соответствует одва или несколько рекомендаций.

Важным принципом разработки СППР было выделение процессов создания баз сообщений (воздействий), рекомендаций и знаний в отдельные технологические этаяы, что позволяет очень быстро произвести отладку базы знаний подключить к этой работе специалистов более низкой квалификации чем разработчики системы. Связи между значениями

Таблица 1

Пзрааггтры застройки дла раштаа подскстаи СППР

Под- Тип информация Уромаь упрааяь* ш Бед ысро-прнапй Геогра- фичоммш ОбЛйСТа Вргка «у» Составные паст овьсу-

СУДНО Текущая Капитан Текущие Оксан Зима Безопасность людей Сухогруз Хлопок

Прогноз Штурман Тактические Береговая зона Веска Безопасность груза Танкер Нефть

Климат Элсзаром ехаише Стратегические Бухта, порт Лето Эффективность работы Зерновоз Рожь

Прошедшая

ПОРТ Текущая Пароходство _ * _ Море Торговый Хлопох

Прогноз Диспетчер порта Река Рыбный Рыба

, { Климат Капитан порта Устье реки Наливной Нефть

• Прошедшая Капитан . судна • Зерновой Рожь

НАВОДНЕНИЕ тоже Админнст рация тоже тоже токе то ж» Завод -

Население - Учреждения

Директор Милиция

Чрезвычайные ситуации ■ Штаб ГО Морс я Город

Администрация Суша < Предприятия Хим.завод

Предприятия Река Службы ГАИ

СЭС

параметров среды ж сообщениями устанавливаются в виде логических условий "если .... то ...". Для уменьшения объемов баз знаний, времени на подготовку данных ключевые слова "если, то" в базе знаний опускаются. / Язык представления знаний в ЭС следующий:

> да, < нет

> 10, < 1 - знаки больше или меньше определенных значений & - и,) - или.

Правила записываются по следующей схеме: &01 (ИМЯ ПАРАМЕТРА)^,«ЗНАЧЕНИЕ ПАРАМЕГРА^01,г02 -

для логического параметра;

Ь01 (ИМЯ ПАРАМЕТРА >,<), а00,а02 - для непрерывного параметра; в02 №,N2, ...,с01 - для выдаваемых номеров сообщений.

Формат процедуры: ПРОЦ.М . завершение процедуры с выходом по М-оыу переходу или ПРОЦ.АДР, П1,...ЛМ,М1...,МК, где АДР -идентификатор узла входа в процедуру; П1Г..П*^ - параметры, которые могут быть либо идентификатором параметра, либо номером сообщения; М1,...МК - адреса переходов.

Для уменьшения объема базы знаний повторяющиеся условия можно оформлять в виде процедуры. В пашем примере использование такой процедуры позволят* не повторять условия ни выдачу сообщений в зависимости от вероятности рассматриваемого параметра.

Вместр значений параметров в базе знаний можно поставить простейшие формулы вычисления расчетных характеристик (плотности воды п др.). Эти значения используются в соответствующих правилах. Из перечня влияющих параметров отбираем вес значимые. Если параметр меняется в определенных пределах, то необходимо определить критические значения, при которых меняется состав сообщений. Для дискретных параметров (да, нет) важно определить только его наличие в том или ином правиле.

Каждому правилу должен соответствовать свой перечень сообщений (сведений о влияние стихийных бедствиях на население, объект, природу). Эта информация отбирается из различных источников (инструкций, пособий, статей н тль). Сообщению могут быть приписаны одна или несколько

рекомендаций. Выявленные перечли сообщений и рекомендаций, которые должны быть выданы пользователю, заносятся в базы сообщений и рекомендаций. Форма представления баз сообщений и рекомендаций следующая:

ККК-МММ. XXX...XXX. ккк-

МЮ1ДХХ..ХХХ.

где ** - отличительные символы базы сообщений; N0O1-NOON - номера рекомендаций одна или несколько до 30 в одном сообщении (общий объем ограничен 2 тысячами для одной подсистемы); ККК - номер подсистемы; МММ - номер сообщения, общее количество сообщений ограничено одной тысячей для одной подсистемы; - текст сообщений или рекомендаций, ограничен 200 символами вместе со всеми атрибутами.

За счет указания номеров рекомендаций а сообщениях устанавливается автоматическая связь между ними. Система должна позволять создавать одновременно сотни подсистем различной ориентации (для отдельных явлений, морских объектов а др.). СППР обязательно должна обеспечивать возможность взаимодействия с различными системами управления базами данных - брать информацию из них. Возможность вызова внешних программных модулей (э&ономшсо-математических моделей) в процессе решения проблемы также является характерным критерием развитости ЭС.

В настоящее время СППГ работает на основе информации, полученной ЛПР не важно по каким каналам (почте, телеграфу, электронной почте и тл.) и введенной ЛПР в систему. Безусловно, это не самый эффективный вариант работы системы, поэтому создается возможность ввода информации в СППР из других систеи. СППР взаимодействует как с системами сбора (для получения текущей информации о состоянии природной среды), так н с банками данных "Прогноз" (получение прогностической информации), режиино-справочныни банками данных (получение климатической информации). Зде$ь возможно ^ва варианта работы. Первый - это СППР непосредственно обращается в банк данных за информацией. Этот вариант не самый эффективный, тле. время доступа к банку данных, иногда может измеряться часами. ЛПР не может ждать так долго получения результата. Поэтому предлагается одной из функций банков данных предусмотреть создание для СППР файла дан-пых с последними значениями параметров среды и периодическое его редактирование (гак, чтобы в СППР всегда было самое последнее наблюдение). СППР будет обращаться к этому файлу по мере необходимости (при требовании СППР того шш иного значения параметра). Этот файл может быть организован как в виде значений параметров для отдельных точек наблюдений (например, для метеостанции), так п для маршрута следования на основе данных в узлах регулярной сетки. Первый режим предназначен для квалифицированного пользователя, который разбирается в данных. Создание заранее файлов данных позволяет значительно ускорить выполнение диагностики.

Кроме смыслового описания ситуаций (что происходит на объекте и что надо сделать) в СППР имеются возможности по уточнению

воздействий и рекомендаций за счет привлечения конкретных характеристик объекта. Для этого используются соответствующие математические модели (экономические, опттшзацноппые н др.). Число таких моделей, уже рештзовшшых на компьютере, достаточно велико, многие из них можно без существенной переделка включать в СППР.

В связи с тем, что объем смыслового описания ситуаций бывает большим, часть справочных сведений (термины, детальные сообщения п/шш рекомендации н т.п.) можно вывести в соответствующие файлы, обращение к которым будет только по требованию ЛПР. Безусловно, полезной информацией является графическое представление сведений об обьекте, технологических процессах, окружающей местности и др. Для этого в СППР должна быть картографическая информация. Картографическая информация успешно используется в СППР в виде дополнительных сведений, позволяющих ЛПР зрительно оценить обстановку.

Для обучения студентов, руководителей правилам поведения в случае нештатных ситуаций необходимы тренажеры. Идея создания тренажера заключается в следующем. При создании СППР для различных чрезвычайных ситуаций создаются соответствующие базы данных н знаний, включающие сведения о влияние чрезвычайных условий на человека, среду и морские объекты, рекомендации по принятию решения для уменьшения или предотвращения этого влияния. После диагностики пользователь получает списке сообщений о влишш п рекомендации, соответствующие заданным чрезвычайным ситуациям. Включив в эта пшаш сообщений н рекомендаций дополнительные записи, содержащие некорректные сообщения в рекомендации, система заставляет обучаемого выбирать правильные. Результаты выбора сообщений и рекомендаций оцениваются соответствующим образом. Основной задачей при разработке таких тренажеров является создание баз знаний и данных для различных стихийных бедствий. Достоинством такого подхода является то, что базы данных и знаний создаются в первую очередь для СППР при сшшйных бедствиях, а затем уке используется для тренажеров. Поэтому но мерс развития СППР будут развиваться в тренажеры.

Тренажер осуществляет оценку подготовленности обучающегош, проверку общего уровня квалификации, выявление его слабых мест, может быть использован при обучении студентов, например, подготовительным и превентивным мероприятиям для уменьшения последствий стихийных бедствий я экологических катастроф.

Глаза 3. СИСТЕМА ПЕРЕРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ О СОСТОЯНИИ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

За последние 30 лег (после создания в 1957 году Мировых центров данных А и Б) в мире создана хорошо развитая сеть региональных, специа-

лизнрованных. национальных центров данных, собирающих данные о состоянии природной среды и позволяющих пе только сохранить их, но и эффективно использовать дои решения различного рода прикладных задач (прогноз, исследование климата и др.).

На основе рассмотренных материалов по базам данных можно сделать следующие выводы. Наиболее развитые п полные базы данных созданы в метеорологии, океанографии н гидрологии рек. Этот вывод относится как к б. СССР, так и другим странам. Существенно отстают в России исследования по созданию баз картографических данных и соответствующих информационных снстш. Недостаточно быстро создаются базы данных по загрязнению природной среды. Только отдельные базы данных сданы в Госфопд по гидрометеорологии и контролю природной среды. В последнее десятилетие в шгре произошли качественные сдвига в деле создания справочных массивов сведений о данных. Разработаны га-кие системы, зшзс МЕДИ, ИНФОТЕРРА, ИНФОКЛИМА, ШШ1ЕС п др. И России эти работы отстают, только несколько систем подобного типа работают в промышленном решшс.

В настоящее время в ыяре накоплены огромные базы данных по международным экспериментам, таяш как АТЭП, ПГЭЛ, ПОЛЭКС, ТОГА и др. Эффективность кх использования очень низка. Большим недостатком является отсутствие координации работ по созданию баз а банков экологических данных. В настоящее время создаются, как правило, авторские базы данных. Безусловно, еще не все данные о природной среде занесены аа маппггаые ленты. В основном занесены исходные данные за последние 20 лет (приблизительно на-90 процентов), а до 1970 г. исходные данные имеются на технически носителях в пределах 30-50 процентов. Объясняется это различными причинами. С одной стороны, огромные объемы данных требуют больших трудовых и финансовых затрат. (Только стоимость занесения данных па одной магшггаой ленты составляет в среднем 10 тыс. руб. в ценах 1990 г.). С другой - технические возмовзюсга центров данных пока не позволяют быстро и качественно заносить данные на технические носители с любых первоисточников.

I

Глава 4. ПРИОБРЕТЕНИЕ ЗНАНИЙ ДЛЯ СППР

Основными задачами по созданию базы знаний СППР являются описание параметров среды, влияющих на конкретный объект; создание баз данных (сообщений) - сведений о воздействиях среды на объект и рекомендаций по уменьшению ила предотвращению этих воздействий; создание экспертных диагностирующих моделей (баз знаний).

На первом этапе выделяется и изучается состояние объекта, литература по данному вопросу. Выбираются цели создания СППР, изучаются области потенциального применения (выделяются наиболее

важные в приоритетные). Затем принимается решение о применимости СППР при условии, что не существует традиционного метода решения задачи, опирающегося па какие - либо аналитические модели, процессы, 111160 размерность модели велика.

Необходимо также обследовать объект и применяемые методы управления для учета условий среды с целью создания баз воздействии и рекомендаций; выявить критерии, цели учета условий среды для каждого уровня управления; провести взаимоувязку критериев между собой путем консультаций с учеными и специалистами; проследить развитие событий в аналогичных ситуациях.

Дш правильного использования информации необходимо:

• определить параметры среды, наиболее существенно влияющие на объекта, и их значения, при которых происходят изменения в управлении;

в выявить спектр пространственно-временной изменчивости выбранных параметров;

• выполнить диагноз, расчет, прогноз параметров с различной заблаго-временностью, чтобы определить время перехода через критические для управления, значения параметров и место проявления аномалий;

• учитывать параметры в моделях при определении различных рекомендаций для каждой градации изменения параметров среды.

Для разработки СППР необходимо знать:

• характер управления (проводимые мероприятия могут иметь характер плавно регулируемых, активных воздействии или дискретных мероприятий);

в формы представления используемой информации - непрерывно изменяющиеся параметры наблюдений (температура воды, соленость, течения), сведения об отдельных фазах, градациях, состоянии погоды (переход через О С, соленость больше 36%., дата первого ледообразования);

• вид используемой информации (хозяйственные решения могут приниматься на основе климатологической, текущей и прогностической информации);

• критерий оптимальности (при оценке эффективности принимаемых решений, чаще всего используются: минимум средних потерь, дисперсия потерь, средний квадрат потерь и др.);

• надежность априорной гидрометеорологической и экономической информации (для функций полезности и вероятностных характеристик информации должны быть установлены границы, внутри которых вариация исходных данных не ведет к изменению стратегии потребителя).

Вероятностная оценка аномалий гидрометеорологического режима за месяц, сезон, год, пятилетку имеет непосредственное практическое значение. Так, например, можно отделить отклонение от плава вылова рыбы, обусловленное аномалиями температуры воды, солености и т.п., от отклонений, вызванных производственными факторами. Это необходимо для правильной опенки затрат труда, исключения ошибок при экстраполяции на будущее показателей предшествующего периода (план на год, пятилетку), правильного материального и морального поощрения, т.е. в зависим оста от вложенного труда, а не от погодных условий.

Анализ задачи принятия решения с использованием информации о состоянии природной среды требует, чтобы был проведен анализ климатических условий, выявлены параметры среды (условия), влияющие на обьект, оценены результаты реализация ранее пришлых решений а обобщен накопленный опыт, определены последствия, к которым могут привести воздействия условий среды с учетом конкретной производственно - хозяйственной ситуации, составлен список опасностей (воздействий), к который могут привести условна среды или которые возникают при пролоддеяхш стихийных явленяй, определены действия, которые необходимо предпринял» я их последопательность п необходимость с экономической точки зрения и в соответствии с поставленными целями. То есть фактически составляется сценарий возможных событий п действий для каждого объекта. С помощью таких сценариез определяется степень угрозы объекта, особенно при наличия стихийных бедствий. При этом для каждого явления составляется свой сценарий, характеризующийся определенными действиями.

Для подготовки к стихийным бедствиям необходимо:

• выявить местные учреждения, которые занимаются повышением осведомленности н готовности местного населения к стихийным бедствиям;

« определить состояние дел в области шгаянроваппя и координации действий на. уровне района но достижению готовности к стихийным бедствиям во избежание дублирования при планировании; • « выявить в районе организации а группы, с которыми следует вступить в контакт при стихийных бедствиях дня определения круга их обязанностей;

• составить перечень оборудования, и материалов, доступных на местном уровне при стихийных бедствиях;

• определить организационную структуру управления стихийными бедствиями;

в выявить в районе подготовленные группы специалистов по ликвидации последствий стихийных бедствий;

» выявить службы по организации аварийных транспортных перевозок,*

• определить процедуры защиты населения в стихийных бедствиях;

• создать механизм, позволяющий аварийно - восстановительным и спасательным группам обмениваться информацией или идеями с другими подразделениями, существующими в рамках данной организационной структуры.

На основе полученной информации составляется списки опасностей н действий для каждой ситуации н создается предварительный вариант базы знаний, и этот вариант обсукдается с ЛПР н учеными.

При определении степени влияния условий среды необходимо: &) оценить степень освоенности района; определить, какие явления с какой вероятностью оказывают воздействие н в каких районах, произвести районирование условий среды применительно к конкретным областям деятельности;

б) составить схему использования этой информации в управлении технологическими процессами предприятия- потребителя;

в) выявить степень чувствительности потребителя к изменению условий среды а к качеству информации - определить ущерб юш выгоду;

г) определить круг возможных приспособлений к погодным условиям; ц) изучить восприятие предприятием природных явлений, оценить последствия и его значимость, что потребует объединение гидрометеорологической и экономической информации;

е) исследовать процесс выбора защитных мероприятий, снижающих ущерб или увеличивающих прибыль;

в) оценить возможные последствия от защитных мероприятий, как изменяется острота этой проблемы с годами;

з) разработать технологию переработки информации для обеспечения потребителей;

н) создать алгоритм принятия решений на основе той шш иной информации.

После того как материалы дня создания СППР собраны производится выбор метода реализации такой системы. Для этого изучаются подходящие для создания базы знаний языки в программные средства. Должно быть рассмотрено. несколько вариантов реализации СППР (собственная реализация ила использование готовых оболочек ЭС). Применение "оболочек" ЭС позволяет существенно сократить затрата на создание СППР и ускоряет сроки их проектирования, а также существенно упрощает процесс создания и использования СППР. Для быстрой оценка эффективности применения СППР необходимо использовать оболочку. На основе опыта работы с реализованными прототипами СППР решить продолжать развивать систему на базе оболочки или создавать оригинальную систему.

Отладка программ ш настройха "оболочки* ЭС на конкретную предметную область является важным этапом создания СППР, неудачный вариант реализации которого монет дискредитировать саму идею создания подобной системы.

Успешное применение СППР должно базироваться на качественной информации о состоянии средьги техншсо - экономической информации, хорошо проработанных каналах и методах сбора, обработки, доведения информации и выдачи рекомендаций. При этом требуется рассмотреть характер проблемы (каков физический механизм, какие параметры среды, какова значимость климатического эффекта, какова цепь применения), ситуацию (практику и тенденции в планировании и проектировании, практику использования информации, имеющиеся данные и методы ее обработки, уровень компетенции потребителей).

Приобретение знаний отождествляется со всем циклом создания СППР и включает в себя различные виды аналитической, синтетической и рутинной деятельности : сбор информации, формулировку проблемы, выбор или разработку формализма представления знаний, проектирование, программирование, отладку, документирование и т.д. и состоит из нескольких этапов:

• анализ использования информации на объекте;

• выявление параметров среды, влияющих на рассматриваемый объект;

• определение необходимой имформкции для различных видов деятельности отраслей хозяйства;

® определение воздействий условий среды на объект; в составление рекомендаций для учета воздействий;

• создание логической схемы базы знаний;

в занесение баз данных и званий на технический носитель.

Воздействия можно разделить по способу и результатам. По способу они могут быть физические, динамические, тепловые, химические, загрязняющие, социальные и др. Результаты воздействия могут быть положительные, отрицательные и не влекущие за собой увеличение эффективности производства. Кроме характера воздействия стихийных явлений очень важно определить критерии воздействия явлений на различные объекты. Полученную информацию можно использовать для определения критических значений параметров, закладываемых в базы знаний.

Очень важно также выделить типовые виды и способы воздействия природных явлений на морские объекты. Имея в базе типовые воздействия, можно прогнозировать результаты воздействий. Все это в дальнейшем поможет автоматизировать процесс создания баз сообщений, рекомендаций в знаний.

По результатам воздействия можно выделить опасные зоны объекта, оценить силу воздействия на объект. Зная опасные зоны объекта,

способы и результаты воздействия можно выявить причины отрицательных эффектов и соответствующим образом их устранив, можно уменьшить стелет, воздействия иа объект и уменьшить ущерб путем оптимизации ресурсов, необходимых для устранения или уменьшения вредных, воздействий.

Рекомендаций можно классифицировать по следующим признакам: на что направлены мероприятия; содержание (вид) мероприятий; где осуществляются мероприятия; способ локализации возможных отрицательных последствий; время осуществления мероприятий. Рекомендации различаются по характеру, методам выработай, по временным, пространственный и количественным признакам. По содержанию мероприятия делятся на биологические, технические, организационные, экономические, юридические. По типу мероприятия делятся на предупреждающие, запрещающие, предписывающие, информационно - указательные, рекомендации приоритета, сервиса, дополнительная информация.

Процесс приобретения знаний представляет большой и трудоемкий этап. Здесь тоже необходима автоматизация, имеется два направления исследовании. Первое • это автоматизация создания базы званий в второе - это автоматизация процесса обеспечения полноты в корректности баз сообщений в рекомендаций для различных ситуаций. Например, для автоматизации создания базы знаний в оболочке СПРИНТ используется редактор лексем, который позволяет без ошибок переносить имена параметров, функций и др. атрибутов в базе знаний. Безусловно он не решает всех проблем. Второе направление представляется более важным на данном этапе создания СП ПР. Необходимость автоматизации этого направления определяется следующими моментами. Многие сообщения и рекомендации, попучешше для одной подсистемы, можно использовать для других подсистем. На основе имеющихся баз сообщений и рекомендаций у эксперта могут возникнуть новые мысли в ассоциации по их пополнению в редактированию.

Методической основой автоматизации процесса обеспечения полноты и корректности базы знаний может быть теория решения изобретательских задач (ТРИЗ) - метод "диверсионного анализа". На основе накопленных баз сообщений проводится их классификация и выделение типовых способов вредных воздействий стихийных явлений, типовых результатов воздействий.

Аналогично проводится классификация рекомендаций и выделение типовых способов предотвращения вредных воздействий. Эта способы особенно эффективно можно использовать при проектировании новых объектов. При этом можно наиболее широко применять такие принципы как, например, для уменьшения влияния температурных изменений применить принцип объединения (в арктических условиях объединить

однородные социальные и промышленные объекты под одной крышей); ттрггптпттт предварительного действия (летом н осенью выполнить полный перечень профилактических мероприятий, связанных с ТЭЦ, теплотрассами), для уменьшения аварий на напряженных автотрассах при ояш-даемом длительном снегопаде можно заранее расставить снегоуборочные машины-так, чтобы они могты вступить в действие без затрат времени на подъезд и в наиболее опасных местах; принцип дешевой недолговечности взамен дорогой долговечности - строить в опасных районах, подвергаемых наводнениям, цунами и др. СГЯ, временные постройки, легко передвигаемые или восстанавливаемые; принцип изменения окраски - для увеличения отражательной способности построек в жарком климате строить их белыми.

Для уменьшения влияния стихийных явлений на объект можно использовать некоторые физические н химические эффекты и явления, например, для понижения температуры тела или ее стабилизации использовать фазовые переходы (поливка асфальта водой с целью уменьшения его температуры за счет испарения); повышения температуры - диэлектрический нагрев (для уменьшения образования гололеда на загруженных автотрассах вставить в полотно дороги теплонагреватели), поглощение излучения веществом (отвод тепла за счет постройки на крыше системы подогрева воды). Такие и др. эффекты можно использовать для силового воздействия, создания больших давлений, изменения свойств поверхности, изменение объема, обезвреживание и тл.

Эксперт, просматривая базы сообщений и рекомендаций, идентифицирует себя дня рассматриваемой ситуации и пытается воссоздать мысленно всевозможные воздействия среды на обьехт и отмечает или записывает рекомендации по их уменьшению л предотвращению. Полученные таким образом новые или отредактированные.сообщения и рекомендации вводятся в соответствующие базы СППР.

При этом необходимо учитывать наличие на обьекте определенного состава технических средств, возможные ограничения по трудовым, материальным и финансовым ограничениям, дополнительные работы, которые могут возникнуть в связи с превентивными мероприятиями. Здесь необходимо использовать модели, имеющиеся в СП П Р.

При определении воздействий ж рекомендаций можно воспользоваться историческими данными, натапливаемыми в банке данных.

Основными этапами выделения знаний являются:

• выбор объекта;

• выбор условий (выбор перечня влияющих параметров и определение их значений);

• определение воздействий на объект;

• определение рекомендаций по принятию решений.

Глаза 5. РЕАЛИЗАЦИЯ СЮТР "ПОГОДА"

Для этой дели выбран вариант - создание СППР на базе "оболочки" экспертной системы СПРИНТ, разработчик ЦНИИКА- Эта система выбраны по следующим основным критериям. В рамках одной среды можно работать с несколькими чрезвычайными ситуациями, которые происходят на обьекге, что позволяет, с одной стороны, классифицировать знания, а с другой стороны, упростить работу ЛПР при диагностике ситуации. Наличие возможностей включения» состав СППР математических моделей и графических средств отображения существенно улучшает работу ЛПР.

Состояние работ по созданию СППР представлено в табл.2. Всего создано более 50 подсистем различной ориентации. Выделены предметные области МОРЕ» ЭКОЛОГИЯ, ПОГОДА, ГЕОФИЗИКА. В каждой предметной области имеется от одной до 30 подсистем. Это определяется в основном уровнем детализации знаний. Наиболее развиты подсистемы предметных областей ПОГОДА и МОРЕ, где выделены десятки подсистем. Выделение подсистем вдет но двум поправлениям - для отдельных объектов (судно, аорт и др.) шш чрезвычайных ситуаций (наводнение, поаар на судне и др.).

Таблица2

Срстсаниа додготижн СППР дяз раздягад обьеатоз

'Нпкг^аяадозапваа щш Ж ¡ш Шй Ж Керш

6. Наводнение-морс 30 695 1525 52 1

7. Рыба 32 600 172 230 1

8. Порт 32 • 408 989 26 1

9. Гидротехническое строительство 36 35 103

10 Управление водным хозяйством 8 172 630 6

16. Нефть в море 3 4 92 128 3

20. Город 17 80 159 366 28

22. Хам. аварии 33 7 182 230 27

25. Пожар 1 7 25 1 1

93. Город - эко 5 33 242 9

3. Судно 32 430 950 50 4 1

12. Буровая 36 43 113 5

21. Ядовитые рыбы 11 72 22 И

26. Рыба-ЮВА 7 30 20 32

90. Пожар на судне 48 295 9

:Ка18^Ж:ПаДайГГВИЕЬ1: т ■■■■■Ш-- ш Мо** Ксрты

'ДЫМ:-

14. УГМС Росгидромета 9 15 4 24

15. Ураган 15 • 43 58 -

17. Лед 4 74 92 4

13. Обледенение 1 22 36 3

19. Волнение 4 52 53 4

31. Мороз 26 1

32. Метель, бурая 72 124

37. Туман 24 4

38. Сильная жара 30 1

44. Сели, лавитты 23 36

2. Радионуклиды 22 466 506 29

5. Экология 124 687 1353 57 1

101. Климат I 78 13 1

Яршкчэлаг. Д - гдсгрепше, А - ьааяого»ые п*уаигтры, ЕС- база сообисаай, Б?- база р©-гсцеадэдгЗ, 53 - бззг. ззаяяЗ.

Примеры некоторых моделей, которые необходимо включить в СПП Р, представлены ниже.

Прозодка судоз з замгрдосгза пзртаз. Пусть имеется несколько базовых портов, из которых мокло доставить грузы в порты Арктического бассейна. Каядый порт характеризуется двумя параметрами интеясшшостыо переработки груза н мощностью. Интенсивность (р) есть минимальное число груза (в т), которое мозег переработать порт за сутки. Мощность (д) есть количество грузов (в т.), которое может быть переработано за навигацию. Возможности переработки грузов в портах будем изображать точками плоскости с ости координат р и д. Предполагается, что все мощности портов содержаться в некотором прямоугольнике Г: Г я {р, ф. На прамоугольшисе Г задам план перевозок грузов в виде фушацш Ф (р, д) плотности распределения объемов перевозок. Требуется определить оптимальный план перевозок по Северному морскому. пути заданного количества груза.

Качество выполнения операции оценивается несколькими показателями: Т - время перевозки, 3 - занятость судов в судо-сутхах, О -стоимость перевозки. Эти показатели образуют векторный критерий Е ~ (Г, 3, <3), Каждый из лока льных критериев, входящих в вектор Е, существенно зависит от условий, в которых будет происходить перевозка, т.е. волнения, течений, обледенения, уровня, ледовых условий. Следовательно, компоненты Т, 8, <2 вектора Е являются векторами: Т = (Ту, Те, То,

Ту, Тл), S = (Sv, Sí, So, Sy, Sji) h тл. Рассматриваемая задача является двухвекторной задачей принятия решений.

Для учета начала павппщшг можно использовать климатические данные и различные виды прогнозов, которые указывают на различные .числа начала навигации J3¿, Jh .«Дп. Главным вопросом является следующий: в кате порты необходимо завести грузы для обеспечения портов Центральной Арктики? Для дополнительных перевозок Ф(р,ф необходимо X дополнительных судо суток. Для каждого порта - это X = (Xi ...Хе).

Каждый прогноз характеризуется определенностью, вероятностью п точностью. Эксплуатационные издержки 1-х судосуток Ci. Каждое судно характеризуется интенсивностью перевозок Pi независимо от типа груза; временем доставки груза i; стоимость доставки Li, функцией T(Xi), описывающей издержки на погрузку судна XL Будем считать, что величины Fi, Ti, Li возрастают по i для портов Архангельск, Мурманск, Владивосток, тогда G для них убывает. Требуется найти порты, в которых необходимо сосредоточить дополнительные грузы и дату прихода судов на погрузку, которые способны выполнить план работ Ф(р,ф к приводит при этом к минимальной сумме производственных s эксплуатационных издержек. Agi - потребности в доставке грузов. Имеется i район Арктики, j - портов доставки, 1 - типы грузов. Потребность определяется согласно заявок К-ый порт поставки с мощностью переработки грузов Б« может грузить грузы L типов (L = 1 ...I) груза, а мощность по переработке каждого - BkL

Величину перевозки грузов типа 1 и Вк порта в i район Арктики в порты j обозначим как Xipd, расстояние от К-го порта до 1-го района через Z i к. Тогда ограничения задачи записываются таким образом:

2X|jki = Ai|i Vjji (3.1)

к

ZZa Xijki-BkjVn (3.2)

il

EBki = BkVi

i

В качестве целевой функции мы имеем:

F=ZZX|ík| Zn => Bita i k

Таким образом задача сводится к решению транспортной задачи. Получив Xipd - объемы перевозок груза по типам и используя прогнозы

(3.3)

(3.4)

вскрытия в западном и восточном секторах Арктики, простым умножением определяется объем грузоперевозох для каждого порта доставки.

Выбор оптимального варианта эвакуации грузов при наводиезпси (метод линейного программирования). Для проведения превентивных мероприятий требуется определить оптимальный вариант эвакуации грузов при ограничениях во времени и минимальной стоимости мероприятия. Допускается неполное использование производственных ресурсов. Стоимость грузов является максимальным ущербом. В табл.3, приведен пример исходных данных для расчета оптимального варианта эвакуации грузов в порту при наводнении. Суть примера не изменится, если в условие задачи ввести значительно больше типов груза.

Таблица 3

Исходные данные для расчета с ггп шального варианта эвакуащтн __грузов в порту при наводнешзд

Покязлггвияи'.:.:.:;;;.: Объемы грузов 3«рно,;: ; ШШ 170 т. Крятей-;;; нерьг,Хг 200 шт. Гш-гру-зы,Х1 > 1630 т. Ресурсы : ;.;,.;;.■

Затраты труда 0.02 0.025 0.01 Зл, 200 ч/дней

Затраты техники 100 100 300 Зт, машино/смеп

Производительность 10 20 10 П

Стоимость грузов 100 500 75 С

Количество рабочих 5 10 15 Зл

Эвакуация грузов в своей основе есть составление и взаимоувязывание ряда балансов, таких, как трудовые и технические ресурсы. Расчет производится при условии, что осталось пять часов до наводнения.

Расчеты ведутся при условии последовательного выполнения эвакуация грузов. Максимальные трудозатраты равны: 170/10+ 200120 + 1630/10 = 190 часов.

Ущерб:С1*Хг + С1*Х1+С,*Хз =>мнн, ' (3.5)

Время работы: Х1/П1 + Хг/Щ + Х3/П1 < 5 часов, (3.6) Максимально возможные людски? затраты равны:

Хг/Зл! + Хг/Зл, + Хз/Злз < 200 чел/смен, (3.7)

Максимально возможные затраты технических ресурсов в маши-но/сменах равны:

Х^ц-сЮО

(3.8)

Хг/Зп < 10® (3.9)

Хз/Эт}<Ш (3.10)

СППР позволяет подключать эти модели как самостоятельные программные средства на уровне коммуникаций систем, так и в составе СППР после диагностики для уточнения воздействий на объект, население в рекомендаций с учетом конкретных характеристик предприятия.

Безусловно созданные базы званий, сообщений и рекомендаций не претендуют на полноту и полную корректность всех правил. Для этого нужно организовать отладку базы знаний совместно с экспертами в этой области. Это долговременный и трудоемкий процесс, для проведения которого нужна отдельная разработка. Собранный материал можно использовать при разработке полной базы званий.

С помощью СППР можно выбрать проекты мероприятий по предотвращению или уменьшению воздействия. СППР поможет: ЛПР -разработать долговременный и кратковременный планы мероприятий по предотвращению ущерба окружающей среде; экспертам - оценить полноту принятых мер защиты в различных ситуациях; иыститухаы иовыше-ния квалификации - организовать обучение руководителей мерам защиты от СГЯ.

СППР имеет более широкое назначение, поэтому при разработке конкретных вариантов системы по заказу можно создать дополнительно подсистемы для "консультирования" руководителей, например, в случае аварий, катастроф в др.

СППР позволит обпегчшъ работу ЛПР по Подготовке решений; обеспечить быстрый поиск сообщений о воздействиях на среду при резком измененни погодных условий нли уровня загрязнения; достичь единообразного представления сообщений о воздействиях на среду и проектов мероприятий - рекомендаций; стандартизировать перечень проводимых мероприятий прв одинаковых условиях среды; выдавать перечень рекомендаций ЛПР различного уровня управления в согласованном виде.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разработаны научно • обоснованные, технические, экономические и технологические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно - технического иро1ресса в области предотвращения и уменьшения последствий чрезвычайных ситуаций природного характера.

Исследована актуальная проблема создания одного кз элементов системы по предупреждению и действиям в чрезвычайных ситуациях -автоматизированного консультанта по принятию решений.' При этом

сформировали научные основы создания и применения системы предупреждения населения и предотвращения последствий экстремальных ситуаций с использованием компьютеров, что открывает широкое поле исследований по созданию баз знаний для морских объектов ц различных уровней управления государством в чрезвычайных ситуациях.

Разработан новый способ информирования населения в чрезвычайных ситуациях о возможных воздействиях стихийных бедствий и аварий, который найдет широкое применение по мере развития информатизации и компьютеризации.

Формализованы, классифицированы и введены в ЭВМ сведения о воздействиях природной среды на население, морские объекты и рекомендации по предупреждению или снижению опасности природных стихийных бедствий. Предложен структурированный перечень рекомендаций для различных стихийных бедствий, типовых объектов.

Выработан новый подход к совершенствованию использования информации о состоянии природной среды, который конкретно реализован в виде научно - методических рекомендаций по созданию СППР, разработанных конкретных СППР, баз знаний, форм графического отображения и математических моделей. Таким образом реализовала идея объединения словесного описания ситуации с математическими моделями и графикой. Использование созданных баз знаний в качестве тренажера позволяет организовать подготовку органов управления и населения к действиям в чрезвычайных ситуациях.

Исследованы проблемы информационной поддержки управления отдельными морскими объектами а его функционирования в чрезвычайных ситуациях природного характера. Созданы серии демонстрационных и исследовательских и коммерческих вариантов СППР в виде автоматизирован ныл консультантов цо учету стихийных бедствия и аварий, управлению бноресурсамп и др. Предложен метод введения в систему принятия решений данных о состоянии природной среды из Государственной системы наблюдений Росгидромета.

Развитие СППР заключается в сборе и пополнении баз сведений о воздействиях в проектах мероприятий, разработке программных средств получения знаний от экспертов, создании экономических, оптимизационных и прогностических моделей.

Оаювкш научные результаты, вволоченные в диссертацию, опубликованы в следующих работах соискателя:

1. Обобщенная схема обработки океанографических данных в БД "Океанография"// М.: Гидромегеоиздат. - Труды ВНИИГМИ-МЦД. -1981Вып. 79. - С.7-12. (Соавтор Ламанов В.И.)

2. Автоматизированный каталог океанографических данных. - Гидромегеоиздат, Труды ВНИИГМИ-МЦД. -1981. - Вып. 79. - с.47-55.

3. Формализованный словарь океанографических параметров. ВНИ-ИГМИ-МЦД.1981. -81 с.

4. Оптимизация технологий сбора и обработки океанографических данных на ЭВМ ЕС. Гидрометеоиздат Труды ВНИИГМИ-МЦД1983. • Вып. 88. с. 19 -25

5. О целесообразности создания и хранения инвертированных массивов океанографически« данных. Гидрометеоиздат Труды ВНИИГМИ-МЦД.-1983. - Вып. 113. - с.75 - 83

6. Результаты обследования потребителей океанографических данных. -Бюллетень Центра океанографических данных ВНИИГМИ-МЦД. -1983, Вып,21.с.63 -77

7. Состояние и перспективы развития банка данных "Океанография". Гидрометеоиздат Труды ВНИИГМИ-МЦД. - 1985. - Вып. 123. - 46 -52.

8. О создании расчетных массивов океанографических данных // М.: Гидрометеоиздат. - Труды ВНИИГМИ-МЦД. - 1985. - Вып. 128. - с. 3 -13. (Соавтор Ламанов В.И.)

. 9. Методические материалы по выбору системы переработки океанографических данных. Обнинск: ВНИИГМИ-МЦД. 1985. 32 с. (Ламанов В.И., Платонов Б.А.)

10. Некоторые результаты эксплуатации пакетов прикладных программ и программных средств общего назначения при обработке океанографической информации. Гидрометеоиздат. Труды ВНИИГМИ-МЦД 1986. -Вып. 138. с.З -15. (Зеленова Ю.Н.)

П. Проектирование баз данных справочной океанографической информации. - М.: Гидрометеоиздат. - 1986. - 41 с. (Соавтор Алексеенко Е.А., Рогачев Е.А.)

12. Режшшо справочные банки океанографических данных. - М.: Гидрометеоиздат. • 1988. - 121с. (В.И Ламанов, НН.Михайлов и др.)

13. Режимно - справочные банки данных Госкомгидромета. - М.: Гидрометеоиздат. -1988. -16 с.(Весеяов В.М. Аристова Л.Н. и др.)

14. Классификация программных средств. - В кв.: Автоматизированная обработка данных в океанографических исследованиях. - Киев. • Наукова Думка. -1989. - с. 35 - 44.

15.06 использовании баз гидрометеорологических данных и баз знаний при принятии решений на объектах народного хозяйства // М.: Гидрометеоиздат. - Труды ВНИИГМИ -МЦД. - 1990. - Вып. 151. - С. 24 -41.

16. Система поддержки принятия решений для выдачи рекомендаций в случае стихийных гидрометеорологических явлений // "Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях" - 1991. - Вып.7. - С. 16 -34. (Соавторы Башлыков A.A., Кислов Г.И.).

17.0 создании систем поддержки принятия решений в различных экологических ситуациях. - Материалы Российской радиобиологической конференции. - Брянск. -1991. - С. 8 - i 1.

18.Системы поддержки принятия решений для объехтов народного хозяйства, использующих гидрометеорологическую информацию. 06-пилск: ВНИИГМИ - МЦД, 1991. Дел. 3.12.9Ir. N1104 - га91.113 с.

19. Стихийные бедствия: состояние и перспективы // "Проблемы безопасности в чрезвычайных ситуациях". - 1992. - Выл, 12. (М.А.Шахраманьян).

20. Computerised Decision Support System in Emergency Cases. - East - West Al Conference: from Theory to practice -EWAIC93. Moscow, September 7 - 9,1993. - P. 276-278. (A.A.Bashlykov, Topolskiy N.O.)

21. New Concepts in Emergence. Natural Hazards Decision Support System The TIEMES Newsletter "Whateverit takes" Vol.1, No.2, October 1993. -P. 12. (A-A-Bashlykov)

22. Decision Support System in various Emergency Cases. The Intern. Emergency Managment & Engineer Conference. April 13-21, 1994. Florida, USA. (Bashlykov A.A.)

23. Decision Support System for working out recommendations on water resources management - 1994. - P. Ш. 83-85. - Proceedings International Symposium Water Resources Planning in a Changing World, June 28 -30, 1994. International Hydrological Programme of UNESCO, Karlsruhe, Germany (Semenov V. A.)

24.Loading the decision support system with knowledge for emergency management under natural disasters// The international emergency management and engineering conference May 9-12, 1995. - Nice, FRANCE, TIEMES and Ecoíe de Mines de Paris. - P. 469-471. (V.B. Britkov)

25.The systems in base the oceanological knowledge and data /Eremeev V.N., Suvorov A.M., E-Vyadlov, Plactun T.V. and др./ Огв .ред. Eremeev V.N., Suvorov A.M.; The Marine Hydrophysical Institute, the National Ukrainian Academy of Scicaccs. Sebastopol. -1995. - I60p.

26.Создание систем поддержки принятия решении в гидрометеорологии// СПБ: Пщгаметеаиздат. - Труды ВНИИГМИ. -1996. Вып. 160. - с.124-135 (Братков В.Б. Башлыков А. А.) .

27.Computerised Guide for Decision-Making in Emergency // The international Emergency Management and Engineering Conference 1996. - ПЕМЕС'96. - National and International Issues Concerning research and Applications May 28-31, 1996 Montreal Canada. The International Emergency Management and Engineering Society. Editers: J.L.Wvbo. M.-C.Therrien F.Quanueri. - P.201-208 (N.Puzova)

28. Expert System and Decision Support System for Taking Account and Forecast of Hydrometeorological Conditions at the Sea. NATO Advanced Research Workshop oa Integrated Approach to Environmental Data Management Systems. Izmir, Turkey, SepL 16-20, 1996.-P.401-410'.

29.Системный подход к построению динамических систем для построения систем поддержки принятия решений путем интеграции систем искусственного интеллекта и телекоммуникаций. "Динамические интеллектуальные системы в управлении и моделировании". -М.: Мин-наука, Международная академия информатизации. РосНИИ информационных технологии. 1996.-Материалы семинара, с.64-66. (Геловани В.А., Брнтков В.Б.).

30.Classification of disaster impacts on social and economic activity. II The International Emergency Management Conference 1997. - TIEMEC'97. -National and International Issues Concerning research and Applications. June 10-13, 1997 .Danish. Copengahen. - The International Emergency Management Society. - P. 371-381. (E. Ryzhykh).