Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Теоретические основы синтеза адаптированных систем геофизического обеспечения принятия управленческих решений в производственно-хозяйственной деятельности общества

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Теоретические основы синтеза адаптированных систем геофизического обеспечения принятия управленческих решений в производственно-хозяйственной деятельности общества"

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

РГ6

БУЧИНСКИЙ Анатолий Федорович

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИНТЕЗА АДАПТИРОВАННЫХ СИСТЕМ ГЕОФИЗИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРИНЯТИЯ УПРАВЛЕНЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ В ПРОИЗВОДСТВЕННО-ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОБЩЕСТВА

11.00.9 - Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико- математических наук

Российский Государственный гидрометеорологический институт

ОД На правах рукописи

УДК 551.509.5

Санкт-Петербург 1998

Работа выполнена в институте управления и экономики

Официальные оппоненты:

- доктор физико-математических наук, профессор ВОЛКОНСКИЙ Ю.Н.

- доктор технических наук, профессор ЕФРЕМОВ Р.Н.

- доктор технических наук, профессор АСТАПОВ Н.Т.

Ведущая организация -Санкт-Петербургский институт информатики РАН

Защита состоится 25 июня 1998года в 15 часов на заседании Совета по защите диссертаций Д.ОбЗ, 19.02 при Российском Государственном гидрометеорологическом институте по адресу :195196, Санкт-Петербург, К-196, Малоохтинский проспект, дом

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РГГМИ. Автореферат разослан " " мая 1998года Ученый секретарь

Совета по защите диссертаций Д.ОбЗ. 19.02 доктор физико-математических наук, пггайзессоп

98.

Л.И. ДИВИНСКИЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертационная работа посвящена решению научно-технической проблемы совершенствования геофизического обеспечения (ГФО) производственно-хозяйственной деятельности (ПХД) общества, а именно, разработке теоретических основ и методов проектирования и построения адаптированных систем ГФО целенаправленных процессов функционирования сложных целеустремленных систем для повышения их эффективности.

Актуальность проблемы объясняется тем, что дальнейший рост эффективности действующих технологий во многом обусловлен совершенствованием их обеспечения данными о природной среде. Это связано с тем, что природная среда, активно взаимодействующая со всеми объектами, находящимися в ней, играет значительную роль при выполнении различных производственно-хозяйственных задач (ПХЗ), и особенно, при применении технических средств, привлекаемых для их выполнения. Правильный учет влияния среды на этапах планирования позволяет в некоторых случаях даже наращивать производственный потенциал в процессе ПХД без какого-либо увеличения производственных мощностей. А игнорирование или неграмотный учет состояния среды, наносит значительный материальный урон не только ПХД, но и системе безопасности жизнедеятельности общества.

Несмотря на кажущуюся незначительность ущерба, нанесенного при выполнении одной ПХЗ из-за несоответствия условий состояния окружающей природной среды, в силу их массовости и высокой повторяемости, значение именно этого вида материального урона при взаимодействии с природной средой является значительно больше всех остальных, т.к. и стихийное ее состояние и, в некоторых случаях, непрофессиональные действия персонала, участвующего в производстве, хотя и наносят большой ущерб, но все-таки относятся к локальным и очень редким явлениям.

Создание принципиально новых высокоточных технологий, имеющих очень высокую стоимость, рассчитано на эффективное их применение лишь при самых благоприятных природных условиях, повторяемость которых чрезвычайно низка. Для искусственного создания таких условий требуются дорогостоящие технические системы, функционирование которых в свою очередь также зависит от природных условий. Следовательно, с развитием технического прогресса в обществе зависимость ПХД от состояния природной среды будет возрастать.

Как показывают результаты системного анализа процессов гидрометеорологического, метеорологического и других видов информационного обеспечения целеустремленных процессов, основными направлениями их совершенствования являются повышение точности и достоверности прогностических данных о состоянии среды, повышение точности и достоверности методов идентификации состояния и диагностики факторов природной среды, оказывающих влияние на результаты решения задач, и совершенствование технологических процессов самого обеспечения, которое обусловливает изменение технологических характеристик или снижение затрат ПХД .

Задачи, возникающие при реализации каждого из указанных направлений, являются сложивши и взаимосвязанными, и поэтому необоснованное увлечение какими-то отдельно взятыми из них , без системной увязки с остальными, может привести к непредсказуемым результатам, и даже, совершенно противоположным тем, какие преследовались при постановке задачи.

Существующее состояние системы метеорологического, гидрометеорологического и, других видов обеспечения, особенно в реальных условиях реструктуризации экономики и постепенной замены небольшого количества, крупных отраслевых потребителей на огромное количество потребителей-предпринимателей малого и среднего бизнеса, требует кардинального пересмотра отношений к себе со стороны государственных институтов власти, а именно, как к системе, только с помощью которой гарантирована возможность безопасной и эффективной жизнедеятельности общества, существование которого должно . протекать в гармонии с природной средой.

Все это свидетельствует о том, что проблема совершенствования ГФО ПХД общества является сложной системной проблемой, требующей своего теоретического обоснования.

Большая заслуга в разработке подходов к разрешению этой проблемы принадлежит таким ученым как Обухов A.M., Багров H.A., ГандинЛ.С., Волконский Ю.Н., Дроздов О.. Жуковский Е.Е., Заварина М.В., Добротворский А.Н., Монокрович Э.И., Солонин A.C., Решетов В.Д., Рубинштейн Е., Попова-Сапараева М.Н., Хандожко JI.A., Петухов Г.Б., Ростовцев Ю.Г. и др. Однако эти подходы имеют свою область применимости. Границы области,; применимости предложенных подходов связаны с предположением разомкнутости схемы системы "ГФО-потребитель", которое делает невозможным оценивание внутренних технологических процессов в системе ГФО через качество результатов ПХД. В этой связи неоднозначны результаты попыток совершенствования

ГФО без оценки изменения комплексного результата функционирования система "ГФО-потребитель"

Разомкнутость между системами ГФО и потребителя накладывает ограничения на требования к ГФО. Они носят больше эмпирический, чем научный характер, т.к. при их формулировании задаются, как правило, такие экспертные значения характеристик, которые существуют у уже функционирующих систем ГФО. Пагубность такого подхода очевидна. При проектировании новых систем в них заранее закладываются уже существующие недостатки.

Невозможность системного управления параметрами характеристик системы ГФО, из-за отсутствия теоретического аппарата, не позволяет проектировать эти системы с характеристиками, согласованными с характеристиками системы потребителя. Поэтому при совершенствовании технологических операций ГФО, особенно при автоматизации его процессов, сокращение времени их выполнения и представления геофизической информации потребителю в масштабах, близких к реальному времени, не всегда выгодно для потребителя. Переход на новую технологию или привлечение новых, более совершенных технических средств, как правило, сопровождается увеличением материальных затрат, повышением ресурсоемкости обеспечения и не всегда приводит к увеличению значения показателя " качество-стоимость" функционирования системы "ГФО-потребитель", и даже, при внешнем повышении показателя результата функционирования потребителя.

Актуальность исследования проблемы совершенствования ГФО ПХД общества значительно возросла в настоящее время, в период перехода к рыночным отношениям в экономике, реструктуризации крупных отраслевых потребителей и появления нового большого класса заказчиков - мелких и средних предприятий различных форм собственности.

Важной составной частью, ядром этой проблемы является разработка теоретических основ и методов проектирования и построения адаптированных систем ГФО целенаправленных процессов функционирования сложных целеустремленных систем. Решение данной проблемы позволит обосновывать требования к органу ГФО на этапах организации планирования ПХД и на основе обоснованных требований создавать и реализовывать эффективные технологические процессы, приспособленные к условиям природной среды.

Целью работы является теоретическое обобщение и решение крупной научной проблемы, связанной с разработкой методов системно-компонентного анализа и синтеза адаптированного ГФО целенаправленных процессов функционирования сложных целеустремленных систем, имеющей важное народнохозяйственное значение для повышения эффективности ПХД.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи исследования: - разработать методологические и концептуальные основы исследования процесса ГФО; - выполнить исследования взаимодействия орудий труда и средств производства с природной средой, обосновать меру определения взаимодействия, выявить связи между качеством результатов и характеристиками ГФО; - уточнить терминологию области исследования, основные понятия и определения, используемые для описания взаимодействия с природной средой; - получить показатели результатов и эффективности ГФО, включающие в себя результаты ПХД потребителя и расходы ресурсов на получение этих результатов; - разработать методы и алгоритмы исследования ГФО, позволяющие выявлять механизм влияния его характеристик на результат ПХД потребителя, а также определять зависимости между характеристиками системы ГФО, такими как, успешность прогнозов, разрабатываемых в системе, и их заблаговременность, успешность и оперативность выполнения технологических операций ГФО, успешность и надежность функционирования технических средств ГФО;- исследовать механизм расходования ресурсов системы ГФО; - разработать методы обоснования таких характеристик системы ГФО как, оперативность выполнения операций ГФО, надежность функционирования технических средств, количество геофизических данных, привлекаемых для обеспечения потребителя, время их старения и интервал времени между сроками наблюдения; разработать модели для определения требуемых значений характеристик ГФО, алгоритмы их решения; - разработать модель синтеза оптимальной системы ГФО, - предложить способы улучшения характеристик отдельных операций ГФО.

Основные научные результаты и их новизна состоят в следующем:

1 .Разработаны теоретические основы проектирования и построения операционных виртуальных элементов (ОВЭ) ГФО систем, целевой результат функционирования которых зависит от условий природной среды. Они включают в себя: концепцию и методологию исследования систем ГФО ПХД потребителя во взаимодействии с природной средой, методы и модели для расчета операционных параметров характе-

ристик систем ГФО. Эти положения позволяют решить крупную научную проблему системного обоснования требуемой системы ГФО прикладных и ПХЗ.

2. Обоснована методология исследования технологического процесса ГФО, включающая в себя: системный подход к решению проблемы построения систем ГФО с заданными характеристиками; основные аспекты и принципы исследования; тезаурус, используемый для описания взаимодействия технических средств, участвующих в ПХД, с природной средой; методы исследования характеристик ГФО.

3. Впервые выявлены производственно-хозяйственные потенциалы геофизической обстановки и ОВЭ ГФО и их разновидности - полный, климатический, фактический и безопасный потенциалы геофизической обстановки и климатический, фактический и реализуемый потенциалы ОВЭ ГФО. Данные показатели должны быть паспортными характеристиками технических средств, описывающие их взаимодействие с природной средой и определяющие целевые результаты их применения в различных ситуациях геофизической обстановки.

Введены новые понятия, конкретизирующие состояние природной среды при взаимодействии с ней технических средств ПХД потребителя. К ним относятся климатический, физический, максимальный физический, превосходный физический и безопасный физический параметры геофизической обстановки. Эти параметры необходимы для оценки критериальных значений состояния технических средств во взаимодействии со средой.

4. Предложена и обоснована мера определения взаимодействия ОЭ с природной средой, выраженная через целевой результат обеспечиваемой задачи; выявлены функциональные связи и аналитические зависимости между целевыми результатами решения задачи и характеристиками ее ОВЭ ГФО.

5. Впервые полученные показатели для оценки результатов ГФО прикладных и ПХЗ. К ним относятся показатели: предотвращенные потери операционных (хозяйственных) ресурсов, которые могли бы быть израсходованы на взаимодействие с природной средой в случае их планирования при полной неопределенности знаний о ее состоянии; приращение целевых результатов решения этих задач в случае привлечения прогностических данных о состоянии среды в процессе их планирования; потери операционных (хозяйственных) ресурсов, связанные с неопределенностью прогностических данных. Данные показатели позволяют комплексно оценивать результаты ГФО целевых задач, решаемых потребителем.

6. Впервые предложены методы обоснования: операционной конфигурации геофизической сети наблюдения (на примере общего количества облачности); операционных - меры ценности и интервала времени старения данных геофизической сети наблюдения; внутренней конфигурации ОВЭ ГФО операционной системы; состава персонала и средств, требуемых для выполнения технологических операций в этом элементе; операционных характеристик надежности функционирования технических средств, выполняющих эти операции; операционного интервала времени между соседними сроками приема данных в ОВЭ ГФО.

7,Предложены методы синтеза ОВЭ в систему ГФО, включающие в себя метод синтеза операционных геофизических сетей ОВЭ в единую сеть, метод синтеза конфигураций ОВЭ в единую внутреннюю конфигурацию и метод синтеза операционных ресурсов ОВЭ в объединенные ресурсы этой системы.

8. Предложены методы построения математических моделей для описания характеристик системы ГФО, включающие в себя: метод аппроксимации распределения геофизических прогнозов по градациям; метод определения зависимости успешности прогнозов от таких характеристик, как их заблаговременность, оперативность технологического процесса ГФО и надежность функционирования технических средств ГФО; методы расчета таких составляющих операционного ресурса ГФО, как информационная, оперативная и эксплуатационно-техническая. Предложены также аналитические выражения, описывающие зависимости между такими характеристиками, как успешность прогнозов и их заблаговременность; успешность прогнозов, их заблаговременность и надежность функционирования технических средств; успешность прогнозов и оперативность выполнения операций ГФО; зависимости между стоимостью и производительностью выполнения технологических операций ГФО.

9.Разрабогаиы математические модели для расчета характеристик объединенной системы ГФО прикладных (производственно-хозяйственных) задач. Они включают в себя: модели для расчета характеристик объединенной геофизической сети наблюдений, объединенной внутренней конфигурации и объединенного ресурса системы ГФО; модель для расчета операционных параметров характеристик ОВЭ ГФО операционной системы. Разработаны также модели для расчета операционных параметров характеристик геофизической сети наблюдений. Они включают: модели для расчета расстояний между пунктами и количества пунктов наблюдения; модель для расчета характеристик операционной сети (на примере наблюдений за общим количеством облачности); модель

для расчета операционного интервала времени старения геофизических данных и их меры ценности; модель для расчета интервала времени старения данных, используемых в инерционных прогнозах. Разработаны модели для расчета операционных параметров характеристик оперативности состава персонала и средств для выполнения операции - для двух способов сбора геофизических данных; для трех способов документирования данных наблюдений; обработки геофизических карт; их распространения; прогнозирования и двух способов ввода прогнозов в элемент планирования. Кроме того, разработаны модель для обоснования внутренней конфигурации ОВЭ ГФО, модель для выбора способа выполнения операции в технологическом процессе ГФО, модели для расчета операционных параметров характеристик надежности функционирования технических средств ГФО и модель для расчета операционного интервала времени между соседними сроками приема данных. Предложенные модели позволяют системно обосновывать требования к характеристикам системы ГФО.

10. Впервые выявлены зависимости между оптимальным количеством пунктов наблюдений геофизической сети, с одной стороны, и высотой нижней границы облачности, временем выполнения технологических операций ГФО и величиной операционного ресурса обеспечиваемой задачи, с другой стороны. Выявлены зависимости между оптимальными значениями характеристик оперативности и стоимостью операционного ресурса обеспечиваемой задачи.

11. Выявлены положительные эффекты, связанные с объединением ОВЭ в единую систему ГФО. Это экономия операционных ресурсов каждого из объединяемых ОВЭ. Кроме этого, для всех операционных систем, ресурс которых меньше самого большого, система ГФО с синтезированными параметрами характеристик обеспечивает более высокие результаты применения их ОЭ с меньшими затратами операционных ресурсов, чем отдельные ОВЭ ГФО.

Результаты диссертационных исследований в совокупности выносятся на защиту как решение крупной научной проблемы, заключающейся в разработке теоретических основ и методов проектирования и построения класса адаптированных информационно-прогностических систем, с заданными потребителем характеристиками, для обеспечения ПХД информацией о состоянии природной среды.

Научная ценность и практическая значимость работы определяется тем, что предложенные результаты позволяют получать оценки физического взаимодействия орудий труда и средств производства с природной средой, которые необходимы в

качестве исходных данных при проектировании технических средств производства, при организации и планировании производственно-хозяйственных операций. Разработанный в диссертации методологический аппарат теории синтеза может использоваться при проектировании систем ГФО и отдельных ее элементов, с заданными характеристиками при определении результатов и эффективности функционирования подсистем ГФО.

Практическая ценность подтверждается защищенным авторским свидетельством на разработанный комплекс автоматизированной обработки метеорологической информации, находящийся в эксплуатации в в.ч. 03770.

Положения диссертационной работы были использованы при построении автоматизированной системы обработки метеорологической информации в специальных системах космического землеобзора и при построении автоматизированной системы обработки гидрометеорологической информации в специальных системах ВМФ МО РФ.

Обоснованность и достоверность полученных в диссертационной работе результатов обусловлена аргументированностью исходных положений, логической непротиворечивостью рассуждений, корректным использованием современного математического аппарата и подтверждается согласованностью полученных результатов и сделанных выводов с некоторыми частными результатами других авторов, фундаментальными теоретическими положениями и имеющимся эмпирическим материалом.

Апробация работы. Результаты диссертации докладывались и получили одобрение на НТК в ВИИ им. А.Ф. Можайского в 1984 году, в Череповецком высшем военно-инженерном училище радиоэлектроники на IV военно-научной конференции 17-19 февраля 1984 года, на IX ВНК в в.ч. 25734 в 1986 году, на III НТК в Воронежском высшем военном авиационном инженерном училище в 1992 году, на НТК в ВИКИ им. А.Ф. Можайского в 1992 году, на Межвузовской конференции по проблемам менеджмента в МГИМО в 1996 году, на Международной конференции по проблемам местного самоуправления в институте управления и экономики в 1997 году.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 45 статьях, тезисах докладов, отчетах по НИР, список которых приведен в конце автореферата.

Диссертация заключает 334 страницы и структурно состоит из введения, И разделов, б глав, заключения и списка литературы из 191 наименования. Общий объем работы составляет 334 страницы , в том числе б%исунков и графиков, и одной таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении анализируется современное состояние рассматриваемой проблемы, обосновывается актуальность темы диссертации, приводятся результаты, выносимые на защиту, указывается их научная новизна и практическая значимость и кратко излагается содержание диссертации по главам.

В первой главе выполнен анализ проблемы построения ГФО, показаны роль и место этого вида обеспечения ПХД потребителя. На основании семантического анализа уточняется содержание устаревшего понятия "геофизическое обеспечение". Показано, что оно включает в себя несколько видов обеспечения, таких как, гидрометеорологическое, метеорологическое, агрометеорологическое и гелиогеофизическое в составе с геомагнитным обеспечениями для всех видов и способов ПХД потребителя. Проведен краткий анализ государственной системы ГФО. Проанализировано состояние исследований по проблеме построения ГФО, Показано, что разработка основ теории и методов синтеза ГФО с заданными характеристиками для управленческих решений в ПХД общества является практически неисследованной, комплексной и сложной научно-технической проблемой, решение которой позволит повысить эффективность производственно-хозяйственной и иной деятельности потребителя. Выполнена постановка проблемы исследования.

Во второй главе разработаны концептуальные основы исследования ГФО для ПХД и взаимодействия этой деятельности с природной средой. Обоснована необходимость системного подхода к решению данной проблемы. Показано, что данный подход является основой методологии исследования влияния самой системы ГФО на результаты ПХД. Сформулированы основные принципы реализации системного подхода: - системности. Система ГФО должна рассматриваться как совокупность взаимосвязанных элементов, выполняющих технологический процесс. Одновременно она является элементом системы ПХД, и также, элементом специальной (национальной геоинформационной) системы; -целенаправленности. Главная цель функционирования системы ГФО - повышение результатов ПХД общества; - полезности. Результативность функционирования системы ГФО можно оценить только в случае использования информации о состоянии геофизической обстановки (ГО) для решения задач ПХД. Поэтому результат функционирования системы ГФО определяется только через результаты решения целевой задачи.

Постулаты принятые при исследования системы ГФО; - в процессе планирования применения объектов (субъектов) ПХД используются только прогностические

данные о состоянии природной среды, а исполнительные, управленческие действия, основанные на этих данных, направлены на адаптированное функционирование этих объектов (субъектов) в фактических условиях среды в процессе ПХД; - целевым р езультатом функционирования системы ГФО являются прогнозы о состоянии природной среды в процессе ПХД; - прогнозы обладают свойством неопределенно с т и, которое передается плану (стратегии) управления объектами в процессе их ПХД; -несоответствие запланированных исполнительных действий по управлению объектами фактическому воздействию на них природной среды неизбежно; - невозможно п о л н о с т ь ю адаптировать поведение управляемых объектов к состоянию природной среды в процессе их ПХД, поэтому некоторые потери результатов их применения н е и з б е ж -н ы; - невозможно получить максимальные результаты ПХД без дополнительных затрат на адаптирование этого процесса к состоянию природной среды, поэтому целевой результат ПХД может быть только оптиальным; - абсолютное значение максимального результата ограничивается количеством ресурсов, выделяемых на адаптирование ПХД к состоянию природной среды; - цель функционирования системы ГФО - не полное исключение, а лишь минимизация потерь ( дополнительных затрат) при адаптировании ПХД к состоянию природной среды; - система ГФО исследуется только через результат ПХД. Только этот показатель комплексно включает в себя результаты взаимодействия объектов с природной средой, полученные на основе использования при планировании прогностических оценок условий геофизической обстановки; - диагностические данные о состоянии природной среды в момент (период) ПХД используются только для оценки плана (программы управления) после выполненных на их основе исполнительных действий по управлению объектами ПХД, направленных на адаптацию их функционирования к состоянию природной среды.

Основными аспектами системных исследований ГФО являются: задачи ПХД общества, решение которых зависит от состояния геофизических условий; результаты взаимодействия управляемых объектов ПХД и природной среды в процессе выполнения этих задач; влияние системы ГФО на результаты решения этих задач; системно-функциональные связи между системой ГФО и элементами системы ПХД; требования к системе ГФО, обеспечивающие минимум потерь результатов (дополнительных затрат) применения управляемых объектов (субъектов) ПХД при их взаимодействии с природной средой; структура и состав системы ГФО, динамика его поведения и развития.

В соответствии с основными аспектами, на основании постулатов и принципов концептуальный подход к исследованию проблемы построения системы ГФО, с заданными характеристиками, включает в себя: изучение совокупности ПХЗ, результаты решения которых зависит от состояния природной среды; выявление геофизических характеристик, влияющих на результаты и безопасность функционирования объектов (субъектов) в процессе их ПХД, направленной на решение этих задач; определение показателей результатов ГФО ПХД и обоснование критериев их оценки; исследование функциональных зависимостей между показателями и информационными, техническими и экономическими характеристиками ГФО; построение математических моделей, описывающих результат функционирования системы ГФО; решение задач оптимизации значений характеристик системы ГФО, в соответствии с которыми определяются требуемые состав и структура; установление вида, содержания и формы представления информации о ГО; обоснование требований к количеству пунктов наблюдений, данные которых необходимы для ГФО, к ЭТХ системы ГФО, к количеству необходимого персонала и технических средств; разработку рекомендаций по построению системы ГФО, требуемой для решения конкретной задачи ПХД общества.

Введены новые термины, понятия и определения, раскрывающие механизм взаимодействия технических средств с природной средой . К ним относятся такие термины, как производственно-хозяйственные потенциаты ГО и системы ГФО и раскрывающие их суть термины: для производственно-хозяйственного потенциала геофизической обстановки - полный, климатический, фактический и безопасный потенциал; для производственно-хозяйственного потенциала системы ГФО -климатический, фактический и реализуемый потенциал. Впервые даны определения этих важных показателей для оценивания эксплуатационно-технических и других характеристик технических средств производства. Введение в рассмотрение данных показателей дает возможность производить оценки взаимодействия технических средств ПХД с природной средой и оценивать вклад системы ГФО в результаты ПХД.

Для выявления внешних связей ГФО введены известные в теории эффективности целенаправленных процессов понятия - операционного производственно-хозяйственного комплекса, операционной производственно-хозяйственной системы и операционного элемента (ОЭ). В рамках операционного комплекса и операционной системы орган ГФО выступает в качестве обеспечивающего, потребитель - в качестве ОЭ. В качестве

операционной системы предложена взаимосвязанная совокупность ОЭ, элементов планирования и управления и ОВЭ ГФО.

"Операционный виртуачьный элемент ГФО" является новым, основополагающим для решения поставленной проблемы системным термином. Под ОВЭ ГФО системы ПХД понимается элемент, входящий в состав операционной системы ПХД, сформированной для выполнения только одной ПХЗ, имеющий с этой системой единый операционный ресурс и обладающий свойствами системы ГФО. ОВЭ ГФО, с одной стороны, является связующим элементом системы ПХД между окружающей природной средой, ОЭ ПХД и органами его планирования и управления. С другой стороны, ОВЭ ГФО связывает систему ПХД с системой ГФО, а через нее - с существующими геоинформационными системами. Операционный виртуальный элемент ГФО присутствует в системе ПХД через прогнозы состояния характеристик, влияющих на выполнение операционной задачи, и через расход части операционных ресурсов этой системы, требуемой для поддержания такого состояния "функционирования" данного элемента, которое обеспечивает системе ГФО разработку прогнозов с достоверностью, обеспечивающей требуемые результаты решения операционной задачи. Таким образом, система ГФО представляет системе ПХД свои прогностические оценки ГО на период решения операционной задачи за часть ее операционного ресурса. А система ПХД присутствует в системе ГФО через часть своего операционного ресурса. Подобным образом система ПХД расплачивается за более эффективную адаптацию своего ОЭ к состоянию природной среды в процессе выполнения операции, при этом система ПХД выделяет часть своего операционного ресурса, требуемого для ГФО операции, а ОВЭ ГФО становится принадлежностью системы ПХД. С момента включения в систему ПХД у элемента ГФО появляются отличительные свойства, связанные не только с принципами, заложенными в основу взаимодействия ОЭ ПХД с природной средой, но и с особенностями выполнения обеспечиваемой задачи (операции). При этом принципы взаимодействия ОЭ определяют набор индивидуальных факторов природной среды, влияющих на результаты операции. А особенности решения задачи (через величину операционного ресурса) определяют состояние ОВЭ ГФО в процессе этой операции. Операционный виртуальный элемент ГФО концентрирует в себе все требуемые технологические операции (с заданными системой ПХД параметрами), выполняемые в системе ГФО. В данной интерпретации система ГФО ПХД потребителей является объединением множества ОВЭ, число которых равно числу обеспечиваемых ПХЗ.

Для оценки состояния ОВЭ обоснованы следующие характеристики: качество прогностической информации - достоверность ("надежность") прогнозов, разрабатываемых в процессе ГФО, а также их заблаговременность и распределение неоправдавшихся прогнозов по градациям. Другими информационными характеристиками ОВЭ являются количество и качество геофизических данных, привлекаемых для ГФО. Кроме них используются также оперативные характеристики, описывающие время выполнения технологических операций ГФО, характеристики надежности (вероятности безотказной работы) функционирования технических средств ГФО и экономические характеристики, выраженные в суммарной стоимости различных видов ресурса , затрачиваемых в процессе ГФО.

Исследован механизм влияния природной среды на результат применения ОЭ через расходование ресурсов, затрачиваемых на его получение, показана значимость элемента ГФО, посредством которого осуществляется оптимальная реализация производственного ресурса в результат ПХД потребителя. Показано также, что при взаимодействии ОЭ с природной средой последняя выступает не как слабая помеха или сопутствующий фон, а как равнозначный элемент проиводственно-хозяйственной обстановки, поэтому геофизическую обстановку необходимо рассматривать как часть производственно-хозяйственного потенциала операции. Реализация этой части потенциала осуществляется только через ОВЭ ГФО, потенциал которого также является частью общего производственно-хозяйственного потенциала операции.

В третьей главе разработаны методологические основы исследования ГФО. Проведен анализ подходов к формулированию показателя результата ГФО. Впервые представлен вывод показателя, реализующий системный подход, заложенный в методологию исследования и связывающий между собой результат применения ОЭ, оперативные и эксплуатационно-технические характеристики ОВЭ ГФО, а также климатические характеристики ГО. В безразмерной форме он имеет следующий вид

С(г).

ДУ(Г)) - (У, - У(кл);).......---, ¡6], (1)

где

- показатель результативности ОВЭ ГФО ПХД потребителя; YJ -показатель результативности ОЭ ПХД потребителя, планирование применения которого производилось на основе геофизических прогнозов; - показатель результативности ОЭ ПХД потребителя, планирование применения которого производилось без геофизических прогнозов; С<г^ - показатель расхода операционного ресурса, затраченного

на ГФО ПХД потребителя; С| - показатель расхода операционного ресурса, затраченного на ПХД потребителя; множество вариантов действий (стратегий) ОЭ. Физический смысл показателя - это приращение результата применения ОЭ, вследствие его ГФО.

Результаты анализа (1) впервые выявили два состояния ОВЭ ГФО. Из них, одно состояние не обеспечивает положительного приращения результатов, либо из-за недостаточного, либо из-за чрезмерно большого количества операционных ресурсов, выделяемых для ГФО ПХЗ.

Обосновано рациональное и оптимальное ГФО. Под рациональным понимается такое ГФО, которое приводит к положительному, а под оптимальным - к максимальному приращению результатов применения ОЭ. Показано, что предложенный показатель односторонне определяет результат функционирования ОВЭ ГФО и не может описать его нереализованные возможности. Для оценивания нереализованных возможностей впервые получен показатель, по физическому смыслу похожий на показатель эффективности, как

меры соответствия полученных результатов требуемым

С(г).

\у(г).,= УАш1Х- У, + ---------, 3 е 1 (2)

С]

где У].™* - значение максимально возможного результата ОЭ ПХД при ]-той стратегии его применения. Этот показатель описывает потери результатов применения ОХ из-за несовершенства ОВЭ ГФО. Показано, что эти два показателя связаны между собой выражением

ду«= - У^,] 6 ; (3)

и полностью описывают качество функционирования ОВЭ ГФО.

Обоснован байесовский подход к описанию показателя результатов применения ОЭ приятой стратегии. Этот показатель имеет вид

м _

У.|(В,)= Ду/В,,) Р](В,)). (4)

1=0

где у/В,) - показатель среднего результата применения ОЭ; В; - ¡-тая градация состояния геофизической характеристики, влияющая на результат применения ОЭ; у,(В,)-показатель среднего результата применения ОЭ для ¡-той градации состояния геофизической характеристики; Р/В,)- вероятность состояния геофизической характеристики в ¡-той градации в интервате времени ]-той стратегии применения ОЭ или показатель "успешности" ("оправдываемости") прогнозов; М- количество всех градаций состояния геофизической характеристики.

Показатель среднего результата в форме (4) достаточно широко известен. Однако в такой форме он не может быть применим при моделировании из-за неизвестности закона распределения прогнозов с различными значениями "успешности" по градациям.

Получены аналитические зависимости этих показателей от характеристик ОВЭ ГФО, таких как качество прогнозов и их заблаговременность, от информационных характеристик - количества геофизических данных, привлекаемых для ГФО и их достоверности, от технической характеристики - надежности функционирования технических средств ГФО. Обоснован требуемый результат, который достигается при оптимальной стратегии применения ОЭ в случае 100% совпадения прогностических и фактических условий ГО без учета расхода ресурсов на ГФО. Проведен анализ существующих системных критериев результатов и эффективности функционирования системы. Показана область их применимости в задачах исследования ГФО ПХД потребителя. Обоснованы критерии пригодности, которые описывают интервал рационального состояния ОВЭ ГФО, и критерии оптимальности и превосходства. А при сравнении двух ОВЭ ГФО, обеспечивающих одну и ту же задачу, критерий предпочтения.

Предложен способ разделения показателя эффективности на положительную

/-(г)

М v* j+k+i

W(r)+j+k- = 1(Рам>0 (B¡(t)) (yj+k(B¡) - (yj+k+¡(B¡) +---------)), j e J, (5)

1-1 p

j+Ü-Í-I

и отрицательную составляющие.

гМ

M j+k-i

W(r)Vk = - S(P<2i)o (B¡ (t)) (yj+k.,(B,) - (yj+lt(B¡) +---------)), j 6 J. (6)

w с

Выражение (5) описывает положительную составляющую потерь результатов

применения ОХ из-за несовершенства ГФО. В таком виде показатель W(r)+j+k лишен

недостатков, характерных для его записи в форме (2). Поэтому при оценивании

эффективности ГФО применения элемента ПХД в условиях серединных градаций

состояния характеристик природной среды необходимо показатель эффективности

расчленять на две составляющие и использовать лишь его положительную составляющую.

Разделение показателя эффективности на две составляющие связано с вычленением из

него двух разнородных ошибок прогнозирования таких как "ложная тревога" и "пропуск

цели", которые определяют существующее противоречие между тенденциями снижения

оправдываемости прогнозов и повышением результатов, и наоборот - для некоторых

стратегий применения ОЭ. Существование этих ошибок прогнозирования объясняется

двумя стратегиями поведения прогнозиста при разработке прогнозов таких как стратегия ''риска" и стратегия "перестраховки"'.

Показано, что в связи с малыми абсолютными значениями положительных составляющих, в задачах исследования системы ГФО для случая У)(В,)>у,(В|+1)>у)(В|+2)>... удобнее применять крайнюю левую градацию состояния геофизической характеристик!!, так как величина приращения результатов применения при этом ее состоянии значительно выше, чем для всех остальных

Данный способ позволяет использовать показатель эффективности в форме (5) в решении задач анализа и синтеза системы ГФО при известном распределении Р(В,) по М градациям.

Предложенные методологические основы позволяют получать значения показателей результата и эффективности ГФО, зависящие от стратегии применения ОЭ, фактического, прогностического и климатического состояний геофизических характеристик, влияющих на его применение, а также от эксплуатационно-технических характеристик ОВЭ ГФО и расхода ресурсов операционной системы, затрачиваемых на ГФО и на выполнение поизводственно-хозяйственной операции. Предложенные показатели могут быть использованы в решении задач проектирования.

В четвертой главе исследуются методы построения математических моделей для оценивания характеристик операционной системы ГФО. Алгоритм исследования заключается в следующем: определяется зависимость результатов применения ОЭ от состояния характеристики ГО; определяются значения характеристики результатов применения при различных ее состояниях; аппроксимируется распределение геофизических прогнозов по градациям состояния характеристики ГО; определяется зависимость успешности прогнозов от их заблаговременное™, оперативности технологических операций ГФО, вероятности безотказной работы технических средств и времени наработки на один отказ; определяются следующие составляющие стоимости ресурсов ГФО - информационная, эксплуатационно-техническая и оперативная составляющие для операций сбора геофизических данных, их документирования, обработки карт и их передачи, разработки прогнозов и ввода их в орган планирования управления ОЭ.

Так как не всегда можно получить аналитическую зависимость результата применения ОЭ от ¡-того состояния В-той геофизической характеристики, поэтому в отдельных случаях привлекается метод получения средних значений результатов

применения ОЭ для дискретных интервалов значений влияющей характеристики. Статистические данные, необходимые для реализации этого метода, получают в процессе опытно-конструкторских работ или летно-конструкторских испытаний новых образцов технических средств ОЭ. Если при создании новых образцов неизвестен механизм взаимодействия с природной средой, изменяющий результат их применения, то по данным испытаний с помощью методов статистического анализа выявляют наиболее значимую влияющую геофизическую характеристику, для которой затем определяются средние значения результатов для каждой градации, на которые разбиты вея область существования этой характеристики.

Для получения вероятностного распределения Р(В;) впервые разработан метод аппроксимации распределения геофизических прогнозов в градационной форме в виде преобразованного нормированного хвазипуассоновского распределения

(- 1п(Р(0>0))т1

р<т1>о =------------------------РСо>0 (7)

т,! (Р(0)0+1Р(т1)с)

т1-1

где Р(т,)0 - вероятность попадания безуспешных прогнозов в любую, кроме нулевой градации (за нулевую принята прогнозируемая градация); Р(0)0 - вероятность попадания успешных прогнозов в прогнозируемую градацию; Ш[ - номер градации; К - число градаций, на которые разбита прогнозируемая геофизическая характеристика. В предложенном виде (7) возможно использование этого распределения только для крайних градаций. Если же прогнозируемая градация находится внутри интервала, то возникает неопределенность в последовательности их нумерации. Для устранения этой неопределенности рассмотрены существующие на практике стратегии поведения прогнозистов "риск", "перестраховка" и "нейтралитет". Существование этих стратегий связано с психологическими особенностями поведения человека в различных случаях принятия решений. В первом случае неоправдавшиеся прогнозы сосредоточиваются в градациях с более неблагоприятными для применения условиями. Во втором - наоборот, с благоприятными. И в третьем случае, неоправдавшиеся прогнозы сосредоточиваются по обе стороны от нулевой градации. Исходя из этих стратегий, в первом случае необходимо обозначать за т1=1 - градацию с менее благоприятными условиями, чем 1гц=0; за т\-2 -градацию с более благоприятными условиями, чем т1=0;'за Ш1=3 - последующую после Ш1=1 градацию и т.д. Во втором случае - наоборот. А в третьем - за т[=1 обозначаются

две градации по обе стороны от mi=0; за пц=3 - две следующие после ГП]=1 градации и т.д. В последнем случае правая часть уравнения (7) помножается на коэффициент, равный 0.5.

Таким образом, зная вероятность осуществления успешных прогнозов Р10^, с помощью полученного выражения (7) можно определить вероятности попадания прогнозов нулевой градации в другие, отличные от нулевой, т.е. получить распределение прогнозов по градациям. Только с получением данного распределения стало возможным применение выражения (4) в задачах моделирования ГФО Г1ХД.

Для определения аналитической зависимости между оперативными характеристиками технологических процессов ГФО и результатом применения ОЭ ПХД получено уравнение, определяющее статистическую связь между мерой успешности (оправдываемости) прогнозов и их заблаговременностью для прогнозов общего количества облачности, разработанных физико-статистическим методом

Pf0)0(B„(t))= аеы, t„< t < tm, (8)

где а и b - эмпирические коэффициенты, полученные с помощью статистических данных о средней оправдываемое™ прогнозов различной заблаговременности; t -заблаговременность прогнозов, т.е. интервал времени между началом наблюдения и временем применения ОЭ, планирование которого осуществлено с помощью прогнозов, разработанных по данным этих наблюдений. (Это справедливо только для ОЭ, у которого время применения несоизмеримо мало по сравнению с интервалом заблаговременности). Этот интервал равен

t= Т0+ £tj, (9)

i-i

где Т0 - время "ожидания", т.е. интервал времени между выдачей прогнозов в элемент планирования и началом применения ОЭ; I - количество интервалов выполнения технологических операций ГФО; t0 и tm - минимальная и максимальная величины заблаговременности прогнозов, в пределах которых действительно применение уравнения (8). С помощью уравнения (8) стало возможным получение другого уравнения, определяющего зависимость между успешностью и требуемым временем (оперативностью) выполнения отдельных операций ГФО. Это уравнение имеет следующий вид

I

Рад0 (B0(t, ,Т0)) = а ехр(Ь Т„) П ехр(Ь t, ), t0 < t < tm , (10)

где - П ехр(Ы1)- сомножитель, описывающий вклад ¡-того интервала времени, затрачиваемого на выполнение ¡-той операции ГФО, в величину оправдываемости прогнозов; ехр(ЬТо) - сомножитель, описывающий вклад интервала времени, затрачиваемого на выполнение управленческих операций, в величину оправдываемое™ прогнозов.

Уравнение (10) через выражения (7) и (4) содержится в показателе (5), (2) и (1) и является одним из компонентов, без которого невозможно осуществление моделирования структуры системы ГФО ПХД потребителя.

Другим не менее важным компонентом является уравнение для определения зависимости между характеристиками надежности функционирования технических средств ГФО и результатом применения ОЭ ПХД. Это полученное уравнение описывает зависимость оправдываемости прогнозов геофизической характеристики от вероятности безотказной работы технических средств, выполняющих технологические операции ГФО, Р(0)0(Во(1,1+Дт, Р„)) = Р(0)о ( Рн + а е Ьм (1 - Рн))). 1„ < I < 1т , (11) где Рн - вероятность безотказной работы линии технических средств от элемента "наблюдение" до элемента "прогнозирование"; Д1 - интервал времени между соседними сроками поступления в ОВЭ ГФО геофизических данных. Следующим компонентом, необходимым для решения задач моделирования, является зависимость расходования операционного ресурса, затрачиваемого на ГФО ПХД, от характеристик ОВЭ ГФО.

Стоимость всего ресурса ОВЭ можно разделить на три составляющие: информационную, эксплуатационно-техническую и оперативную, т.е.

К К1

С/г) = С) (г>(1) + 2£,к(г) (I) + 1С1.И (Г>(Р») + СДРЖ), (12)

где С3 1г>(1) - стоимость информационной составляющей операционного ресурса ОВЭ

ГФО;

к

ЕС, к (г)0) - стоимость его оперативной составляющей; к=1

К1

ЕС, к1 <Г)(Р„) + С| (Г)(РЖ) - стоимость его эксплуатационно - технической

к 1=Г"

составляющей; ^ (Г,(РН) - стоимость составляющей, обеспечивающей надежность работы технических средств ГФО; С/г)(Рж)-стоимость составляющей, обеспечивающей живучесть, т.е. стоимость затрат на поддержание заданной живучести элемента ГФО; К - количество технологических операций в системе ГФО ОЭ. Для расчета составляющих операционной части ресурса ГФО получены соответствующие выражения.

Определение стоимости расхода информационной составляющей осуществляется с помощью выражений

С/0(1) = ^Г,С1(1), (13)

где С)(1) - стоимость геофизических данных, необходимых для разработки прогнозов виртуальным элементом ГФО, принимаемых за одни сутки; М(г) - суммарное количество данных, принимаемых одним элементом ГФО за один срок наблюдения. Оно определяется из выражения

К,(Г, = Я1П1+Я2П2+ ... , (14)

где - пг - количество телеграмм с различными видами данных из Г-той системы наблюдения; qг количество характеристик, содержащихся в одной телеграмме из Р-той системы наблюдений. Стоимость геофизических данных, принимаемых за один срок наблюдения, определяется по формуле

К К1

С,® = п, +П:£яи5(1 + .... (15)

N1 ¡1-1

где Б] - себестоимость ¡-той характеристики, измеренной в срок наблюдения. Определяется из выражения, предложенного в трудах ГГО

Т,\\Ч(С| - А;)

8, =------------------------, (16)

¡=1

где - т, - нормативная трудоемкость измерения ¡-той характеристики; щ - число характеристик, измеряемых .¡-той станцией; С] - себестоимость годовой программы наблюдения ]-той станции; А; - величина амортизационных отчислений приборов и оборудования .¡-той станции; Т; - периодичность наблюдения ¡-той характеристики в сутки (месяц, год); - коэффициент приведения периодичности наблюдений к году (равен 1, 12 или 365); к/'' - поправочный коэффициент по ¡-той характеристике на число пунктов наблюдений; к,р)- поправочный коэффициент на сезонность, повторяемость ¡-той характеристики в году.

Оперативная составляющая операционного ресурса является сепарабельной функцией, члены которой - отдельные части ресурса, расходуемые на поддержание оперативных характеристик каждого элемента системы ГФО на заданном уровне. Каждая из рассматриваемых частей ресурса, описывается выражением, определяющим связь между стоимостью и директивным временем выполнения технологических операций.

Рассмотрим методы расчета для каждой части оперативной составляющей ресурса. Выражение, определяющее связь между стоимостью части оперативной составляющей ресурса и директивным временем выполнения технологической операции сбора данных с помощью рулонной телеграфной аппаратуры (РТА), имеет следующий вид

Срта + Стлг(1)

Срт^ии--------------------Мг+С(%. (17)

V' 'рта ^рта

где Срта(1рта) - стоимость части оперативной составляющей ресурса, расходуемой на сбор данных, регистрируемых РТА, за единицу времени; Срта - стоимость ресурса, расходуемого на эксплуатацию одного РТА за единицу времени; Стлг (1)- стоимость ресурса, расходуемого на аренду одного канала связи, приведенная к единице времени; грта - директивное время регистрации заданного количества данных; С!о) рта - стоимость ресурса, расходуемого на обслуживание РТА, приведенная к единице времени; -количество данных, принимаемых за один срок наблюдения; У(и)рТа - скорость регистрации данных.

Выражение, определяющее связь между стоимостью части оперативной составляющей ресурса и директивным временем выполнения технологической операции докуметирования операторами, имеет следующий вид

С<0), N..

С(0)а(11о>д) = -------------- • (18)

У(0)дг(0)д

где С(0'л 0<а)д) - стоимость части оперативной составляющей ресурса, расходуемой на документирование данных оператором за единицу времени; С(0,| - стоимость единицы времени работы одного оператора; У(0) д - производительность работы оператора; 11о>л -директивное время нанесения >1,- количества телеграмм на геофизическую карту.

Для операции документирования данных графопостроителями выражение для расчета этой составляющей ресурса имеет вид

С1Г),

С(г,л(1(г,л) = -------------- +С(г)о, (19)

где - С(г д (х'1 д)- стоимость части оперативной составляющей операционного ресурса, расходуемого на документирование геофизических данных с помощью одного графопостроителя; С(г,|-стоимость работы графопостроителя в единицу времени; У(г'л -скорость нанесения карты графопостроителем; 1(г)д- директивное время документирования данных на графопостроителях.

Для операции документирования растровыми устройствами выражение для расчета этой составляющей ресурса можно записать

Снмл Caan Сфд+ Сфп

СфС^д) = ---------------------------------- пк + С°э»м nKt3BM + С°ф, (20)

■иФ t*

v л 1 д

где - Сф(1фд> стоимость части составляющей ресурса, расходуемого на документирование данных растровым устройством; С„„л, Саш,, Сфд, Сф„ - стоимость единицы времени работы накопителя, аналого-цифрового преобразователя, приемного и передающего устройств соответственно в единицу времени; С°эвм-стоимость единицы времени работы процессора ЭВМ; п^ - количество карт, выводимых за один срок наблюдения; t3BM - время необходимое для составления в ЭВМ одной карты; V*a - скорость вывода одной карты; 1фд - директивное время вывода одной карты; С°ф - стоимость единицы времени обслуживания технических средств.

Выражение, определяющее связь между стоимостью части оперативной составляющей ресурса и директивным временем выполнения технологических операций обработка карт и прогнозирования операторами, имеет вид аналогичный выражению (18)

Для технологической операции передачи карт выражение, определяющее связь между стоимостью части оперативной составляющей ресурса и директивным временем ее выполнения имеет вид

Сфд + С(1)

Сфр(1фр) = ----------------- nk + С(0)фак , (21)

фак

где - Сф р^ р) - стоимость части ресурса, расходуемого на передачу карт; Сфд -стоимость единицы времени работы передающего аппарата; С(1)- стоимость аренды канала связи в единицу времени; "У(р'фак- количество карт, переданных в единицу времени; t* р - директивное время передачи карт за один срок наблюдения; С(0) фЖ - стоимость обслуживания передающего аппарата, приведенная к единице времени.

Для технологической операции ввода прогнозов в элемент планирования выражение, определяющее связь между стоимостью части оперативной составляющей ресурса и директивным временем ее выполнения, имеет вид

С!0П,]ППр

C(0)e(t(0,B) = -------------- + ССо)эвм t(0>B, (22)

где - С(0)„ (t(0'B) - стоимость части операционного ресурса, расходуемого на ввод прогнозов в систему планирования оператором; C(onV "стоимость единицы времени работы одного оператора; V(C)B - производительность работы оператора, т.е. количество

прогнозов, вводимых оператором в единицу времени; 1(0)а - директивное время ввода пг|р прогнозов; ппр - директивное количество прогнозов, представляемых в элемент планирования в заданный интервал времени.

Если же прогнозы вводятся через техническое устройство, сопряженное с ЭВМ, то уравнение для расчета имеет вид

С(0)

С(1у)в(1(Ч) = ------------ пк + С%м I™ + С™об, (23)

где - СЧ(11Ч) - стоимость части оперативной составляющей операционного ресурса, расходуемого на ввод прогнозов в систему планирования техническим устройством; У(1>)8 производительность работы технического устройства, т.е. количество карт, вводимых в единицу времени; т.(1у)в - директивное время ввода Пк карт в систему планирования; Пк - директивное количество карт с площадными прогнозами, вводимыми за один срок наблюдения; С(ту)0б - стоимость работ по обслуживанию технического устройства, приведенная к единице времени.

Эксплуатационно-техническая составляющая операционного ресурса виртуального элемента ГФО расходуется на поддержание заданного уровня устойчивости его функционирования. Последняя, в свою очередь, достигается обеспечением его живучести по отношению к воздействиям внешней среды и обеспечением надежности работы технических средств системы ГФО. Для достижения требуемого уровня устойчивости каждый элемент ГФО должен обладать специфическим свойством структурной избыточности-. Это свойство достигается дополнительным запасом операционного ресурса, который должна постоянно иметь система ГФО. Реализация его может быть востребована только в отдельных случаях.

Связь между стоимостью части составляющей операционного ресурса и заданным уровнем надежности работы отдельных элементов ГФО определяется по формуле

' 1-Р„(г)

Сд,(г)(Р„)= С<"и 1п ----------- , (24)

1-Р„(,)

где - (Г)(Р„ ) - стоимость части составляющей операционного ресурса, расходуемого для поддержания заданного уровня надежности функционирования системы ГФО; С(1,„ - стоимость одного устройства; Р„(г) - вероятность безотказной работы группы устройств; Рн'1'- вероятность безотказной работы одного устройства.

Количество резервируемых средств, необходимых для поддержания заданного уровня надежности выполнения одной технологической операции ГФО, определяется из обоснованного выражения

к= 1п ----------- . (25)

1 -Р„<П

Полученные выражения впервые позволили осуществлять моделирование структуры системы ГФО с целью определения ее требуемых ЭТХ

В пятой главе рассматриваются методика и методы синтеза системы ГФО и обоснования значений характеристик ее ОВЭ. Впервые разработан метод синтеза ОВЭ в систему ГФО операционных задач по критериям рациональности и оптимальности. Этот метод состоит в следующем.

Состояние ОВЭ ГФО описывается набором значений показателей информационных, оперативных, эксплуатационно-технических и экономических характеристик

ё(вг,)к = <3(*гв (г(хк), , агк )), (26)

где с^Д - показатель состояния к - того ОВЭ ГФО к - той операционной задачи; 2(хк)-показатель операционной геофизической сети наблюдения за состоянием геофизической характеристики, от изменения которой зависит результат применения ОЭ ПХД; ^-показатель операционной оперативности выполнения внутренних технологических операций в к-том ОВЭ ГФО; агк - показатель ЭТХ ОВЭ ГФО; ггк -показатель состояния ресурса ОВЭ ГФО. Составляющими каждого из этих показателей являются: для показателя информационных характеристик : - показатели к-той операционной геофизической сети, т.е. качество данных наблюдений; количество пунктов наблюдений; расстояние между пунктами наблюдения и ценность данных наблюдений; - показатели к-того ОВЭ ГФО, т.е. успешность прогностических данных, разрабатываемых в к-том ОВЭ ГФО, заблаговременность прогнозов и мера старения данных наблюдений; - для показателя характеристик оперативности: - показатели оперативности выполнения внутренних технологических операций ГФО; - для показателя ЭТХ: показатели надежности функционирования: технических средств, выполняющих отдельные технологические операции ГФО и в целом всего ОВЭ ГФО; показатель интервала времени между соседними сроками приема геофизических данных; -для показателя состояния операционного ресурса - показатели составляющих операционного

ресурса к-того ОВЭ ГФО: информационной; оперативной и эксплуатационно-технической.

В процессе ГФО решения операционной задачи состояние операционного ОВЭ должно отвечать определенным требованиям. Эти требования исходят из операционной системы. Определяются они прежде всего величиной операционного ресурса, необходимого для решения задачи, и величиной части этого ресурса, которая выделяется для ее ГФО. Исходя из величины этой части, задаются требования к значениям характеристик ОВЭ. Эти значения должны обеспечивать результат применения ОЭ, отвечающий условию

(27)

где у1* - значение требуемого результата для ]-той стратегии применения ОЭ. Это значениея определяет его операционное состояние для ^той стратегии применения. Поэтому показатель состояния к-того ОВЭ имеет следующий вид

а„{8гв)к = ё((5г»)к |у|д > п2(хк)>гктрп1к>1кт5>пагк>актрпггк>гктр), (28) где п - символ соединения. Для поддержания такого состояния должна расходоваться выделенная часть операционного ресурса к-той задачи. Для многоцелевых задач, решаемых организационными структурами, создается множество операционных систем, количество которых определяется количеством целевых установок этих задач. Каждая из этих систем должна содержать в себе ОВЭ, посредством которого осуществляется ГФО планирования применения ОЭ. Все эти ОВЭ объединены вне производственно-хозяйственных систем в единую структуру, называемую системой ГФО. Формализованное описание этой системы представляется как объединение множества операционных ОВЭ через

5г„,к = и(5г„)к, (29)

к6К

где 8гв,к - система ГФО для решения К операционных задач; и-символ объединения. Объединение ОВЭ осуществляется на уровне их операционных ресурсов. В результате создается объединенный операционный ресурс

11(8гв,к) =иг(5г„)к, (30)

к'еК

где 11(8гв,к) - показатель объединенного операционного ресурса системы ГФО. Этот объединенный ресурс должен расходоваться системой ГФО таким образом, чтобы удовлетворялись требования операционных систем к качеству результатов применения элемента ПХД. Эти требования в свою очередь должны отвечать условиям

у, £ уч. (31)

где ^ = (у!,^ ..., ук,¡)- вектор фактических значений показателей результатов при

.¡-той стратегии применения к ОЭ ПХД; У1^ - (уЧ,у^г,)..... У^Чо) - вектор показателей

требуемых значений результатов при .¡-той стратегии применения к ОЭ ПХД. Поэтому основной задачей, которая должна решаться в системе ГФО, является управление расходом объединенного операционного ресурса в процессе выполнения внутренних технологических операций таким образом, чтобы обеспечивалось выполнение требований по поддержанию операционных значений характеристик каждого из объединенных ОВЭ ГФО.

Такой расход объединенного ресурса возможен в случае, если система ГФО в процессе функционирования будет находиться в состоянии

00(8гв,к) = 00(8гв,к| У|д£ УЧп2(Хк)>2трпТк>ТтрпАГк>Атрп кеК, (32)

где г(Хк)-вектор показателей операционных значений информационных характеристик К ОВЭ ГФО; 2У - вектор показателей операционных требуемых значений этих характеристик; Тк-вектор показателей операционных значений характеристик оперативности технологического процесса для К ОВЭ ГФО; Т^к- вектор показателей операционных требуемых значений этих характеристик; Агк - вектор показателей операционных значений ЭТХ для К ОВЭ ГФО; (Агк)7р-вектор показателей операционных требуемых значений этих характеристик; Ягк. - вектор показателей значений операционных ресурсов для каждого из К ОВЭ ГФО; (Ягк)тр - вектор показателей требуемых значений этих характеристик. В этом состоянии функционирования система ГФО описывается своим набором характеристик

Огфо0(8гк) = Огф00(8гк|ДУгфс,ме ДУЧ п (Хк) Т^еТ1"

п АгфокеА^п агфоки11тр), кеК, ) е 3 (33)

значения которых находятся в многомерной области рациональных значений

характеристик ОВЭ, то есть

гтт(хк) й ггф0 (хк) < гтах(хк), кеК 34)

Тгфок,тл(хк) 5 Тгф0 < Тгф\,тах(хк), кеК, (35)

Агф\тш ^ Агф0 < Агфок>тах, кеК. (36)

Только в этом состоянии система ГФО может удовлетворить требованиям

каждой из обеспечиваемых операционных систем. При таких значениях характеристик,

обобщенный показатель результата применения ОЭ ПХД будет отвечать условиям

Определение значений характеристик системы ГФО, удовлетворяющих условиям (33)-(37), является многокритериальной задачей. Рассмотрим ее решение.

Одним из основных условий граничных рациональных значений, как показано в гл. 3, является равенство приращения результатов применения ОЭ ПХД операционной системы нулю, т. е.

ДГФ^ = 0 . (38)

Следовательно, для решения задачи определения критериальных характеристик системы ГФО, необходимо определить главный вектор критериальных значений ее характеристик. Он состоит из аналогичных значений каждого ОВЭ ГФО. Задача определения искомых значений характеристик ОВЭ ГФО является задачей определения корней уравнения (1), с входящими в него величинами, определяющими выражениями (4),(7),(8),(10)-(24). Задача решается для каждого ОВЭ системы ГФО. Из полученных таким образом 2К векторов характеристик один вектор максимальных, а другой - минимальных значений, определяются максимальные и минимальные значения (г(хк)тах,{ктах,агкши) и (2(хк)тт, ^и ,агк ^соответственно. Два вектора этих характеристик определяют границы области существования рациональных значений характеристик системы ГФО.

Под максимальными (минимальными) значениями характеристик системы ГФО необходимо понимать такие величины, которые обеспечивают максимально максимальное (максимально минимальное) из всех максимальных (минимальных) результатов применения элементов ПХД операционных систем.

Для обеспечения таких максимальных (минимальных) значений структура объединенного операционного ресурса ГФО должна состоять: из операционного ресурса ОВЭ ГФО операционной системы с самой высокой величиной ресурса (этот ресурс обеспечивает максимальное значения характеристик) и из операционного ресурса ОВЭ ГФО с самой высокой из всех матых значений величиной ресурса (этот ресурс обеспечивает минимальные значения характеристик). Именно эти две операционные системы, как бы, оплачивают частью своего операционного ресурса стоимость ГФО остальных операционных систем. Чтобы этого не происходило, объединенный операционный ресурс должен формироваться из пропорциональных частей операционных ресурсов ОВЭ ГФО.

Система ГФО со значениями характеристик

D^WS'k) = Dr4,00(SrklAУгфоу= AYmax¡ г> ггф0 (Хк) =Zmax п ТГФ\=Г™

п Агфок=Ати п R^k-S ггфок(8гф\)), кеК, j е J , (39)

определенными с помощью предложенного подхода, удовлетворяет условиям (34)-(36).

Кроме того, только для операционной системы с самой высокой величиной ресурса

выполняется условие

Yj = У,, (40)

для всех же остальных результат применения ОЭ ПХД будет выше требуемого. Другим эффектом объединения ОВЭ является экономия операционных ресурсов обеспечиваемых операционных систем. Предложенный подход реализует задачу синтеза системы ГФО операционных задач по критерию рационально пригодной достаточности.

Другим подходом к решению этой задачи является реализация принципа оптимальности. В этом случае критериальные значения характеристик системы ГФО определяются из решения задачи многомерной оптимизации для всех К ОВЭ, постановка которой имеет вид

С-г

z*(Xk),t*k ,(«rk)*: Arg max { Yj - Y "j............}, j eJ. (41)

z(xk) e Z(xk) tkeTk ark e Ark

Из полученного таким образом набора характеристик выбирается такой, который обеспечивает максимальное оптимальное значение из результатов применения ОЭ ПХД одной из обеспечиваемых систем. Система ГФО с этим набором характеристик находится в состоянии

(D"1"0 (Srk))* = Dr<t,° (Srk| AYr<tK,fcj= 4Yma", n ггф0 (Xk) =Z* n Тгф\=Т*

n Агфок=А* n Rr*°k=(2 rr4,0k(Sr4,0k))* ) (42)

Эта система оптиматьна только для одной операционной системы, имеющей максимальное оптимальное значение результатов применения ОЭ ПХД. Для других же операционных систем она рациональна. Результат применения ОЭ ПХД только для одной операционной системы отвечает критерию оптимальности Yj(Xk)=Y*. Для всех же других систем величина результатов применения выше оптимальных, что удовлетворяет требованиям этих систем. В этом случае объеденный ресурс системы ГФО состоит из пропорциональных величин оптимальных операционных ресурсов каждого ОВЭ.

Данный метод позволяет обосновывать требования к характеристикам ОВЭ ГФО отдельной ПХЗ и, следовательно, решать задачу синтеза системы ГФО операционных задач по критериям рациональности и оптимальности.

Обоснован и разработан метод объединения множества ОВЭ в единую систему ГФО. Метод заключается в следующем:

- для каждой k-той операционной задачи выбираются наборы рациональных и оптимальных значений показателей характеристик, определяющих состояния ОВЭ ГФО. Эти значения определяются из решения задач (38) и (41) для одинаковых способов выполнения технологических операций ГФО;

- формируется объединенная многомерная геофизическая сеть (рациональная и оптимальная) наблюдения системы ГФО. Ее размерность зависит от количества характеристик природной среды, привлекаемых для прогностического обеспечения каждой операционной задачи. Формируется эта сеть объединением соответственно рациональных и оптимальных сетей каждого ОВЭ производственно-хозяйственной системы с удалением из нее всех повторно встречающихся пунктов наблюдения. Основой ее объединения является самая густая операционная сеть. Построенные таким образом информационные сети по критериям рациональной пригодности и оптимальности будут удовлетворять требованиям всех обеспечиваемых производственно-хозяйственных систем;

- формируется внутренняя конфигурация системы ГФО. Формирование ее осуществляется следующим порядком. Сначала определяется стоимость информационной составляющей ресурса системы ГФО операционных задач. Затем выделяют характеристики природной среды, привлекаемые для прогнозирования;

- формулируется задача многомерной оптимизации

{t*}: Arg max {AY,(t)}, (43)

(t)«(T)

с ограничением

Nr < (N(x) = (Z(xa),..., x(L'))). (44)

Затем решаются задачи многомерной оптимизации и задача выбора. Задачи решаются для операционной системы, ресурс которой наибольший из всех имеющихся систем. Полученные в результате решения способ выполнения технологической операции ГФО, состав технических средств и их резерв, количество операторов и составят внутреннюю конфигурацию системы ГФО. Данная конфигурация системы ГФО будет удовлетворять требованиям операционных систем по величине результатов применения ОЭ ПХД;

-формируется объединенный ресурс системы ГФО, состоящий из К ресурсов составляющих ОВЭ. Составляющими операционного ресурса являются информационная,

оперативная и эксплуатационно-техническая, соответственно. Объединяя эти составляющие, можно получить ресурс системы ГФО, т.е. к

RrK = u.{rrk(I), rrk(T), rrk(P„)}. (45)

k»l

Величина объединенной информационной составляющей при этом будет равна L к L к

о и С(х') (Zv(x\)) =2 ScixWx'k))- Дс ггк(1). (46)

i=a k=t i=a k=l

вследствие чего получим в стоимостном выражении величину объединенного информационного ресурса, которая должна складываться из пропорциональных частей операционных информационных составляющих ОВЭ.

Порядок определения пропорциональных частей следующий. Сначала определяется суммарный ресурс всех К ОВЭ. Затем определяется в этой сумме доля ресурса к-того ОВЭ. В соответствии с этой долей делится объединенный ресурс системы ГФО. Именно из этих частей информационных составляющих ресурсов ОВЭ состоит объединенный ресурс системы ГФО.Величина равная

АсггК(1)

с(х') (zN(x'k)) - с r\(SrB) = ------------ , i=l,..., I, к=1,..., К. (47)

Ь(Гк)

является эффектом объединения ОВЭ в систему ГФО. Это экономия информационных

составляющих ресурсов объединенных ОВЭ.

Рассмотрим порядок объединения оперативных и эксплуатационно-технических

составляющих их операционных ресурсов. В стоимостном выражении объединенный

ресурс системы ГФО состоит из

c*(Srk(tk,ark)) = {c(S\(t*k))t c(S\(a\))}, ksl,..., К, (48)

где t*k s t(Cj a\e ABk (Cj (49)

или

t* = min {t*k}, a* =min {a*k }> kel,...,K. (50)

Определяются эти величины из решения задачи оптимизации (43) для выбранной

технологии внутренних операций ГФО. Затем определяются суммарные значения

оперативной и эксплуатационно-технической составляющей для всех К элементов. После

этого определяется доля этих составляющих для k-того ОВЭ ГФО и доли части к-того

элемента в сумме оперативной и эксплуатационно-технической составляющих

операционного ресурса соответственно. В соответствии с этими долями делятся величины

оперативной и эксплуатационно-технической составляющих объединенного ресурса

системы ГФО. Величины, равные

c(S\(t*))-co6(S\(t*)) = Ac(t*), keK (51)

и

с(8"к(а*)) - с0б(5\(а*)) = Дс(сх*), ке К , (52)

также являются эффектом объединения ОВЭ в единую систему ГФО. Объединенный

таким образом ресурс системы ГФО равен

с(ггк) = с(г*(Л))+с(5\(1*))+с(5гк(а*г)). (53)

Объединение ОВЭ в единую систему ГФО обусловливает появление нескольких положительных эффектов: во-первых, экономится ресурс операционных систем, выделяемых для ГФО; во-вторых, для всех ОВЭ ГФО сокращается время выполнения технологического процесса, что в свою очередь определяет уменьшение интервала заблаговременное™ прогнозов и из-за этого увеличивает величину их успешности, А это. в конечном итоге, приводит к увеличению результата применения ОЭ ПХД обеспечиваемых операционных систем.

Разработана методика обоснования требований к значениям характеристик геофизической операционной сети наблюдения, которая включает в себя метод обоснования конфигурации геофизической операционной сети, метод обоснования операционного интервала времени старения данных наблюдений, модель для расчета операционного интервала времени старения геофизических данных и метод обоснования операционной информационной ценности геофизических данных. Предложенные методы направлены на определение критериальных значений перечисленных информационных характеристик.

Метод обоснования конфигурации геофизической операционной сети направлен на разрешение существующего противоречия между затратами информационной составляющей ресурсов и потерями результатов ОЭ ПХД, которые связанны с неточными исходными для прогнозирования данными. Редкая сеть наблюдения обеспечивает низкий результат применения ОЭ ПХД, но зато не требует больших расходов ресурса. И наоборот - густая сеть требует больших расходов ресурсов, но обеспечивает ему высокий результат.

При построении информационно-измерительной метеорологической системы одним из критериев является ошибка интерполяции, которая не должна превышать заданного предела или не превышать ошибок наблюдений. Основным недостатком предложенного метода является неопределенность в задании абстрактного критерия. Полагается, что рациональность сети задается критерием, величина которого не обосновывается.

Исходя из этого недостатка, предложенный метод направлен на обоснование требуемого расстояния между пунктами наблюдения, г! следовательно, и количества геофизических данных (конфигурации сети наблюдения), необходимых для ГФО операционной системы. В основе этого подхода конфигурация сети должна зависеть не

только от размеров характерных физических образований, которые необходимо восстанавливать по результатам измерений, но и от требований, которые предъявляются операционной системой. Механизм формирования этих требований следующий. Результат .¡-той стратегии применения ОЭ ПХД функционально связан с качеством прогнозов

У) ~ У) (Р((р0))), (54)

поэтому критериальное расстояние р0 между пунктами этой сети должно быть таким, чтобы обеспечивалось выполнение следующие условия

YJ й У;(Р(Ы)), (55)

С/гС/(Ы). (56)

Для обоснования требований к параметру р„ воспользуемся показателем результатов ОВЭ ГФО ОЭ ПХД для информационной составляющей

С/(Р(р))

ДУ/(Р(р)) = У,(Р(р)) - У~,(Р) ..................... , ] б/, (57)

С;(Р(р))

где ДУ/(Р(р))- показатель результата функционирования элемента ГФО операционной системы; У|(Р(р))-показатель результата ОЭ ПХД, выбор стратегии применения которого осуществляется с привлечением прогнозов, разработанных по данным сети наблюдений, расстояние между пунктами которой не менее р; У^ы(Р)-показатель результата ОЭ ПХД, планирование применения которого осуществляется без ГФО. Из анализа выражения (57) можно выделить три характерных расстояния между пунктами этой сети наблюдения.

В случае редкой сети ошибка прогнозирования отдельного параметра геофизической обстановки велика, и с учетом расхода информационной составляющей операционного ресурса, показатель результатов применения ОЭ приближается к У"(Р), а показатель результатов ОВЭ ГФО в этой точке будет равен нулю, а правее этой точки - отрицателен. При очень густой сети наблюдения высокая результативность применения ОЭ ПХД компенсируется значительными расходами информационной составляющей ресурса. Показатель результатов ОВЭ ГФО в этой точке равен нулю, а левее этой точки -отрицателен. В этой точке значение показателя результата ОВЭ ГФО максимально. Следовательно, в этой точке расстояние между пунктами оптимальное. Координаты точек с нулевым значением показателя определяются из выражения (57), после приравнивания нулю его правой части. А оптимальное расстояние р*0 находится из решения оптимизационной задачи.

р*0: АгВшах{ДУ/(Р(р))}. (58)

Для определения оптимального количества информационных точек N наземной сети справедливо соотношение

ву

м* = --------, (59)

где Бу- площадь, занимаемая наземной сетью наблюдения; Бу- площадь обзора одного пункта наблюдения. Расстояние между пунктами, отвечающее условиям р1<р0<р3. где р! и рз корни уравнения, полученного после приравнивания (57) нулю, будем называть рациональным, т.к. только при этом расстоянии между пунктами наблюдения обеспечивается положительное . приращение результатов применения ОЭ ПХД операционной системы. Для однозначного толкования критериальных состояний конфигурации информационной сети введены новые понятия: "операционная геофизическая информационная сеть наблюдения", "операционные рациональные (необходимая, достаточная и оптимальная) сети наблюдения ОВЭ". Новым понятиям даны определения. Предложенный метод в отличие от существующих учитывает физические процессы, протекающие в природной среде и подлежащие наблюдению информационной сетью. С другой стороны, он через показатели результатов применения ОЭ ПХД и параметр р, учитывает требование операционной системы к своему геофизическому информационному обеспечению и позволяет обосновывавать требования к количеству пунктов наблюдения, определяющих конфигурацию сети, необходимую для обеспечения ОЭ ПХД.

В методе обоснования операционного интервала времени старения данных наблюдений за меру этого интервала принята максимальная заблаговременность прогноза, через значение которой затем определена прагматическая ценность геофизической информации.

Геофизические данные обладают определенной ценностью, которая реализуется в практическом использовании их через прогнозы состояния среды. От качества исходных данных зависит качество разрабатываемых прогнозов, а от успешности последних зависит результат применения ОЭ ПХД. Следовательно, ценность данных о среде заключается в приращении результатов применения ОЭ ПХД, планирование которого осуществляется с помощью этих данных. А величина приращения может выступать в качестве меры ценности. Ценность, содержащаяся в геофизических данных, теряется в течение какого-то промежутка времени, который называется интервалом времени старения данных наблюдений. Этот интервал времени строго индивидуален

для каждой геофизической характеристики, и также как и мера ценности информации, обладает операционными свойствами. Поэтому данный интервал назван операционным.

Операционный интервал времени старения геофизических данных связан с максимальной заблаговременностью прогнозов. Эта величина зависит от многих факторов, в том числе, и от величины ресурса ОВЭ ГФО. Значение этого интервала можно определить из выражения

max

ДУ/(Р(1с)шах) = У/Р(1с)тах) - YMj .............. , jeJ, (60)

Cj

где Р^еЗтм-характеристика успешности прогнозов с заблаговременностью (tc)max

По аналогии с выражением (57) в выражении (60) можно выделить три критериальных значения интервала времени старения. Они названы операционными необходимыми, достаточными и оптимальными значениями интервала времени старения геофизических данных. Промежуток между необходимыми и достаточными значениями содержит в себе рациональные значения этой характеристики. Ее оптимальное значение характеристики находится в точке t*c, для которой справедливо условие

AYjr(P(t*c)) = max, j 6 J, (61)

Операционная прагматическая мера ценности геофизических данных определяется из формулы

Yj.tk

= ---------. J 6j> (62)

Yj.to

где )дк>(<: - значение операционной прагматической меры ценности геофизических данных; У^к-значение результатов элемента ПХД, применение которого спланировано по прогнозу с заблаговременностью Yj,t0 - значение результатов применения элемента ПХД при успешных прогнозах с заблаговременностью to. Предложенный метод позволяет определять критериальные значения операционного интервала времени старения геофизических характеристик и операционные информационную и прагматическую меры их ценности.

Разработана методика синтеза внутренней конфигурации ОВЭ ГФО и обоснования значений его характеристик. Она включает в себя метод обоснования значений операционных характеристик оперативности ГФО, метод синтеза внутренней конфигурации ОВЭ ГФО и методы обоснования значений операционных характеристик оперативности и состава технических средств и оперативного расчета ОВЭ ГФО.

Разработаны методы выбора операционной конфигурации ОВЭ ГФО, обоснования значений характеристик надежности его функционирования и обоснования операционного интервала времени .между соседними сроками приема геофизических данных.

В шестой главе разработаны модели для синтеза системы ГФО и для обоснования значений характеристик ОВЭ ПХД. Они включают в себя, модель для обоснования конфигурации геофизической операционной информационной сети наблюдений на примере общего количества облачности (последние состоят из моделей для расчета расстояний между пунктами и количества пунктов информационной сети наблюдения): модель для расчета интервала времени старения геофизических данных; модель для расчета интервала времени старения данных, используемых в инерционных прогнозах; модели для обоснования внутренней конфигурации ОВЭ ГФО, содержащие в себе модель для обоснования операционной внутренней конфигурации ОВЭ ГФО, модель для расчета характеристик надежности функционирования технических средств ГФО и модель для расчета характеристики надежности функционирования системы ГФО; модели для расчета значений интервала времени между сроками приема данных.

Для решения проблемы синтеза ГФО ПХД потребителя впервые разработана модель для расчета значений характеристик ОВЭ ГФО. Модель состоит из 57 нелинейных алгебраических уравнений и позволяет рассчитывать операционные значения приращения результатов применения ОЭ ПХД из-за ГФО и потерь его результатов из-за несовершенства ГФО, а также операционные значения характеристик ОВЭ ГФО при заданных значениях приращения и потерь результатов ПХД. К этим характеристикам относятся информационные, включающие в себя операционное состояние геофизической информационной сети наблюдения, такие как количество пунктов наблюдения л расстояние между ними, меры прагматической и информационной ценности данных наблюдений, и интервал времени старения геофизических данных. Кроме них, сюда же относятся характеристики оперативности выполнения технологических операций ГФО, таких как, сбор геофизических данных, документирование их на карты , обработки и анализа этих карт, их распространения и ввода прогнозов в элемент управления операционной системой. Кроме этих характеристик, с помощью предложенной модели можно рассчитывать количество технических средств, и персонала, требуемых для выполнения технологических операций с директивной оперативностью, характеристики надежности функционирования этих технических средств и требуемый резерв

аппаратуры, интервал времени между приемами геофизических данных в ОВЭ ГФО, составляющие операционного ресурса (информационные, оперативные и эксплуатационные), расходуемые на технологические операции ГФО,

С помощью данной модели можно решать и задачи выбора способов выполнения таких операций ГФО, как сбор данных - из двух технологий, документирование полученных данных - из трех технологий и ввод прогнозов в элемент планирования - из двух технологий. Достоинством разработанной модели является то, что она не привязана к конкретной конфигурации и к конкретным техническим средствам. С помощью данной модели можно обосновывать требуемую внутреннюю конфигурацию ОВЭ, а через него и всей системы ГФО потребителей.

В этой главе впервые разработаны и обоснованы: методы и алгоритмы решения задач обоснования операционной информационной сети наблюдения за общим количеством облачности по критериям рациональности и оптимальности, и обоснован метод решения задач оптимизации. Для данного класса задач, основывающихся на непрерывной унимодальной оптимизационной функции применим метод Пауэлла, основанный на последовательном применении процедуры оценивания с использованием квадратичной аппроксимации. Разработана схема алгоритма синтеза оптимальных характеристик и приведены исходные данные, необходимые для решения этих задач. Полученный алгоритм реализован в программе численного решения оптимизационных задач. Кроме этого, также, впервые получены: метод решения задачи обоснования требований к интервалу времени старения геофизических данных; метод и алгоритм решения задачи оптимизации конфигурации ОВЭ ГФО; метод и алгоритм обоснования значений характеристик ОВЭ ГФО. Для численного решения данного класса задач многомерной оптимизации обоснован метод прямого поиска - Хука-Дживса, который представляет собой комбинацию "исследующего" поиска с циклическим изменением переменных и ускоряющегося поиска по образцу с использованием определенных эвристических правил. Схема оптимизационного алгоритма реализована в алгоритме решения задач многомерной оптимизации характеристик ОВЭ ГФО.

Пример реализации разработанных методов, моделей и алгоритмов показан на ГФО ПХЗ, ОЭ в которой является абстрактный технологический процесс, конечный результат которого зависит от состояния природного оптического канала, и конкретно, от общего количества облачности. Выполнен анализ полученных результатов. Из результатов анализа получены следующие выводы: оптимальные значения характеристик ОВЭ ГФО

зависят от его внутренней конфигурации; существует зависимость оптимального количества пунктов наблюдения операционной сети от высоты облачности и времени выполнения технологических операций ГФО; при увеличении стоимости операционного ресурса обеспечиваемой задачи, резко возрастают требования к характеристикам ОВЭ ГФО; при возрастании стоимости операционного ресурса обеспечиваемой задачи увеличивается необходимость ГФО, и даже относительно небольшая доля операционного ресурса, выделяемого для ГФО приводит к положительному приращению результатов ПХД; неблагоприятные климатические характеристики усиливают требования к результативности ГФО.

Из численного решения задачи синтеза оптимального ОВЭ ГФО определены оптимальное количество геофизических данных (на примере общего количества облачности), которое необходимо для ГФО, оптимальное операционное время ГФО, а также время для выполнения отдельных операций сбора, документирования, обработки карт, их передачи, прогнозирования и ввода прогнозов в элемент планирования. Также рассчитаны оптимальные характеристики надежности элемента ГФО и отдельно группы устройств, выполняющих отдельные операции и количество резервируемых устройств. Определены оптимальные расходы ресурса ОВЭ ГФО в стоимостном эквиваленте, в том числе, и для каждой операции отдельно. Рассчитаны оптимальный интервал времени старения геофизических данных, оптимальная оправдываемость и интервал времени между соседними сроками приема данных. Получены оптимальные характеристики результатов ПХД для двух стратегий применения ОЭ элемента. Определены максимальная величина приращения результатов ПХД и их минимальные потери из-за несовершенства ГФО. Рассчитан оптимальный состав технических средств и персонала. Числовые данные полученных решений приведены на графиках.

Анализ выполненного исследования показывает, что проблема разработки методов системно-компонентного анализа и синтеза адаптированного ГФО целенаправленных процессов функционирования сложных целеустремленных систем, имеющая важное народно-хозяйственное значение для повышения эффективности ПХД, решена полностью

В заключении работы сформулированы основные результаты и выводы, полученные в результате выполненного исследования. Они состоят в следующем.

1 .Разработаны теоретические основы проектирования и построения ОВЭ ГФО систем, целевой результат функционирования которых зависит от условий природной среды.

2.Разработана методология исследования технологического процесса ГФО, включающая в себя: системный подход к решению проблемы построения систем ГФО для решения ПХЗ; основные аспекты и принципы исследования; тезаурус, используемый для описания взаимодействия технических средств, участвующих в ПХД с природной средой; методы исследования характеристик ГФО.

3.Обосновано существование производственно-хозяйственных потенциалов ГО и ОВЭ ГФО и их разновидности. К ним относятся - полный, климатический, фактический и безопасный потенциалы ГО и климатический, фактический и реализуемый потенциалы ОВЭ ГФО.

4.0боснованы показатели для оценки результатов ГФО прикладных и ПХЗ. К ним относятся показатели в форме: предотвращенных потерь операционных (хозяйственных) ресурсов; приращения целевых результатов решения этих задач; потерь результатов, операционных (хозяйственных) ресурсов, связанных с неопределенностью прогностических данных.

5.Обоснованы стратегии в поведении прогнозиста при разработке им прогнозов ГО и вскрытые причины их существования. Выявлены ответные стратегии поведения оператора, планирующего выполнение задачи. Полученные результаты доказывают необходимость разделения показателя в форме предотвращенных потерь на положительную и отрицательную составляющие, и применение в задачах исследования ГФО только положительной составляющей.

6.Разработаны методы обоснования операционной: конфигурации геофизической сети наблюдения (на примере общего количества облачности); меры ценности и интервала времени старения данных наблюдения; внутренней конфигурации ОВЭ ГФО; состава персонала и средств, требуемых для выполнения технологических операций в этом элементе; характеристик надежности функционирования технических средств, выполняющих эти операции; интервала времени между соседними сроками приема данных в ОВЭ.

7,Разработана методика синтеза ОВЭ в систему ГФО, включающая в себя методы синтеза операционных: геофизических сетей ОВЭ в единую сеть; конфигураций ОВЭ в

единую внутреннюю конфигурацию; ресурсов ОВЭ в объединенные ресурсы этой системы.

8.Разработаны методы построения операционных математических моделей для расчета значений характеристик ОВЭ ГФО, включающие в себя аппроксимационный метод распределения геофизических прогнозов по градациям; методы расчета успешности прогнозов зависящих от их заблаговременности, от оперативности технологического процесса ГФО и от надежности функционирования технических средств ГФО; методы расчета составляющих операционного ресурса ГФО, таких как информационная, оперативная и эксплуатационно-техническая.

9.Получены аналитические выражения, описывающие зависимости между такими характеристиками, как успешность прогнозов и их заблаговременность; успешность прогнозов, их заблаговременность и надежность функционирования технических средств; успешность прогнозов и оперативность выполнения операций ГФО; зависимости между стоимостью и производительностью выполнения технологических операций ГФО.

Ю.Разработаны логические модели, включающие в себя вербальную модель для описания операционного комплекса в составе окружающей природной среды и операционной системы как атрибутов ПХЗ; модель ОВЭ ГФО операционной системы с составляющими его технологическими операциями.

11 .Разработаны математические модели для расчета характеристик объединенной системы ГФО ПХЗ. Они включают в себя модели для расчета характеристик: объединенной геофизической сети наблюдений; объединенной внутренней конфигурации и объединенного ресурса системы ГФО и операционных параметров характеристик ОВЭ ГФО операционной системы.

¡2. Разработаны модели для расчета операционных значений характеристик геофизической сети наблюдений. Они включают в себя модели для расчета: расстояний между пунктами и количества пунктов наблюдения (на примере наблюдений за общим количеством облачности); операционного интервала времени старения геофизических данных и их меры ценности; интервала времени старения данных, используемых в инерционных прогнозах. Модели для расчета операционных значений оперативности, состава персонала и средств для выполнения операции - для двух способов сбора геофизических данных; для трех способов документирования данных наблюдений; обработки геофизических карт; их распространения; прогнозирования и двух способов ввода прогнозов в элемент планирования. Модель для обоснования внутренней

конфигурации ОВЭ ГФО. Модель для выбора способа выполнения операции в технологическом процессе ГФО. Модели для расчета операционных значений характеристик надежности функционирования технических средств ГФО. Модель для расчета операционного интервала времени между соседними сроками приема данных.

13.Даны математические формулировки задач оптимизации значений характеристик: ОВЭ ГФО операционной системы; операционной геофизической сети; внутренней конфигурации ОВЭ ГФО; надежности функционирования технических средств; оперативности технологических операций ГФО; а также интервала времени старения геофизических данных и интервала времени между соседними сроками приема данных.

14. Выявлены зависимости между: оптимальным количеством пунктов наблюдений геофизической сети, с одной стороны, и высотой нижней границы облачности, временем выполнения технологических операций ГФО и величиной операционного ресурса - с другой стороны; оптимальными значениями характеристик оперативности и стоимостью операционного ресурса обеспечиваемой задачи.

15. Выявлены позитивные эффекты, связанные с объединением ОВЭ в единую систему ГФО

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1,06 одном способе определения меры ценности метеорологических данных. //Метеорология и гидрология. 1994. N 7. с, 47-58.

2.Способ оценки успешности прогнозов//Метеорология и гидрология. 1993.N 3. - с. 93-100.

3. Оптимизация системы метеорологического обеспечения //Метеорология и гидрология. 1992. N 6. - с. 84-90.

4.Системный подход к вопросу определения характеристик времени старения метеорологических данных/Сб.межвуз.науч.тр."Метеорологические прогнозы", С-Пб.,1995. -с, 103-108.

5.Системный подход к решению задач анализа и оптимального синтеза системы метеорологического обеспечения военно-технических средств/Тез.доклада III НТК ВВАИУ, май 1992г. -Воронеж. ВВАИУ, 1992.-C.60-62.

6.Показатели качества системы метеорологического обеспечения военно-технических средств/Тез. доклада III НТК ВВАИУ, май 1992г.-Воронеж. ВВАИУ. 1992.-с.104-105.

7.Количественные характеристики системы метеорологического обеспечения для решения задач оптимального синтеза/Тез. доклада III НТК, ВВЛИУ, май 1992,-Воронеж. ВВАИУ, 1991г.-с.106-107.

8.Способ описания математической модели прогностического метеорологического центра/Тез.доклада НТК ВИИ им. А.Ф. Можайского 2-4 декабря 1986.-J1. ВИИ им. А.Ф.Можайского. 1986 с. 103.

9. Опыт обработки первичной метеорологической информации в автоматизированной системе с использованием ЭВМ/Тез. доклада IV ВНК ЧВВИУРЭ. Череповец 1719 февраля 1984. МО 1985 с. 68.

10. К вопросу синтеза оптимальной структуры системы геофизического обеспечения военного потребителя/Тез. доклада НТК ВИКА им.А.Ф.Можайского 15-16 дек. 1992,-С.П-б., ВИКА им. А.Ф. Можайского 1993, с. 18.

11. К концепции исследования геофизического обеспечения войск/Тез. докл. НТК ВИКА им. А.Ф. Можайского 15-16 дек. 1992.-С. П-б., ВИКА им. А.Ф. Можайского 1993. с.67.

12.Способы учета метеоусловий при оптимизации планирования средств наблюдения/Тез. докл. IX ВНК в.ч. 25714 1986. -МО СССР 1986, с.68-70.(Соавтор В.Д. Будовый)

13.Нанесение метеоинформации при помощи знакосинтезирующего печатающего устройства/Тез. докл. НТК ВИИ им. А.Ф. Можайского 2-4 декабря 1986, ВИИ им. А.Ф. Можайского 1986. с.78.(Соавтор C.B. Бычков)

14.К проблеме системы оценки взаимодействия муниципального образования и природной среды/ Сб.мат,междунар.конф.,С-П-б - Хельсинки, 7-13 апреля 1997г. С-П-б., Инст. управл. и экономики. 1997г.-с.18-22.(Соавтор В.А. Бучинский).

15.0 принципах построения систем геофизического обеспечения задач фоноцелевой обстановки/Сб.докл. ВНК ВИКА им. А.Ф.Можайского 21-23 марта 1995г. С-П-б., ВИКА им. А.Ф.Можайского, 1996г.(Соавторы В.А. Бучинский, Н.П. Казаков)

16.К проблеме подготовки кадров для органов местного самоуправления/Сб. мат. междунар. конф., С-П-б - Хельсинки, 7-13 апреля 1997г. С-П-б., Инст. управл. и экономики. 1997г.-с. 14-15.(Соавтор В.А. Гневко)

17.К особенности подготовки управляющих предприятий (объединений), фирм в области взаимодействия с природной средой/Материалы Второй межвузовской

конференции по проблемам обучения менеджменту в России. 27-29 января 1997 г. М:, МГИМО. 1997 г. -(Соавторы В.А. Гневко, Т.Ф. Данилевич)

18. Вопросы использования ЭВМ для автоматизации технологического процесса сбора и предварительной обработки информации/Тез. докл. IV ВНК ЧВВИУРЭ, Череповец 17-19 февраля 1984. МО 1985 -с.34-36. (Соавтор В.А. Кириченко)

19. Автоматизация процесса отображения метеоинформации на картах погоды/Тез. докл. НТК ВИИ им. А.Ф. Можайского 20-22 ноября 1984. МО СССР, 1984.-C.38-39. (Соавтор Н.С. Красночуб)

20. К вопросу о качественной оценке военного потенциала природной среды, -в.ч. 11520. 1992. -16с. Деп. в в.ч. 11520 27.04.92. А 24535. (Соавтор Ю.А. Кронин).

21. Концепция развития военно-специального геофизического образования в ходе осуществления военной реформы/Тез, докл. НТК ВИКА им. А.Ф. Можайского 15-16 дек. 1992.- С.П-б., ВИКА им. А.Ф. Можайского 1993, с, 34-35. (Соавтор Ю.А. Кронин).

22. К проблеме оценивания взаимодействия боевых комплексов с природной средой/Тез. докл. НТК ВИКА им. А.Ф. Можайского 15-16 дек. 1992,- С.П-б., ВИКА им. А.Ф. Можайского 1993, с. 34-35. (Соавтор Ю.А. Кронин).

23. Оперативное отображение информации с применением стилизованных карт в автоматизированных системах /Тез. докл. IV ВНК ЧВВИУРЭ, Череповец 17-19 февраля 1984. МО 1985 -с. 33. (Соавтор С.И. Максимов).

24. Способ расчета стилизованных карт погоды для оперативного отображения метеоинформации/Тр.ЛГМИ. -1988.-с,112-118. (Соавтор С.И. Максимов).

25. Способ оптимизации количества данных о природной среде для обеспечения применения технических средств/Сб. науч. тр.С.П-б. Институт информатики и автоматизации РАН. 1993.-C.154-159. (Соавтор А.Ф. Титов).

26. Методика оценки влияния характеристик системы метеообеспечения на качество результатов применения военно-технических систем/Науч.-технич. сб.М., Воениздат,1989. -с.104-106. (Соавтор Д.В, Финогеев).

27. Об одном подходе к определению результативности мероприятий по защите от опасных и особо опасных природных явлениях/Тез. докл. НТК ВИКА им. А.Ф. Можайского 15-16 дек. 1992.- С.П-б., ВИКА им. А.Ф. Можайского 1993, (Соавторы О.В. Волкотруб, Ю.А. Кронин).

28. К проблеме оценивания метеорологического обеспечения задач исследования Земли из космоса/Тез. докл. НТК ВИКА им. А.Ф. Можайского 15-16 дек. 1992.- С.П-б.. ВИКА им. А.Ф. Можайского 1993. (Соавторы A.B. Лукьянович, В.Н. Нишпал).

29. Исследование устойчивости значений метеоэлементов с использованием уравнений Колмогорова/Тез. докл. НТК ВИИ им. А.Ф. Можайского 2-4 декабря 1986 г. -Л.: ВИИ им. А.Ф.Можайского 1986.-е.18. (Соавторы В.Б. Середа. Г.Г. Тельманов).

30. Обоснование необходимости построения автоматизированной информаци-онной системы дистанционного обучения и консультирования служащих и подраз-делений органов местного самоуправления/Тез. докл. Межрегион.НТК по перспективам, методам и формам подготовки кадров для структур государственных органов власти и местного самоуправления. СЗАГС 27-28 ноября1997г. С.П-б 1997г. (Соавторы А.Г. Воронин, В.А. Гневко, Л.В. Ивановский).

31. Концептуальные основы дистанционного обучения персонала органов местного самоуправления (Тез. докл. Межрегион. НТК по перспективам, методам и формам подготовки кадров для структур государственных органов власти и местного самоуправления. СЗАГС 27-28 ноября1997г. С.П-б 1997г. (Соавторы А.Н. Широков. Гневко, Л.В. Ивановский).

32. Авторское свидетельство СССР N1811049 от 10.10. 92г. (Соавтор С.Г. Балабанов).

33. Авторское свидетельство СССР N318917 от 3.09.90 г. (Соавторы В.Д. Будовый. В.Б. Середа и др)

34.0тчет по НИР, посвященный разработке автоматизированной информационной системы дистанционного обучения и консультирования служащих подразделений органов местного самоуправления/Инст-т управления и экономики, 1997, N 3. с.13-29, 43-47, 6673, 105-116. (Соавторы С.А. Солдатенко, Л.В. Ивановский).

35. Отчет по НИР. Раздел,посвященный разработке системного подхода к проблеме оценивания качества результатов и эффективности геофизического обеспечения задач космического землеобзора. ВИКИ им. А.Ф. Можайского, 1991. N 01884.-е. 58-69

36. Отчет по НИР.Раздел, посвященный обоснованию облика и синтезу структуры перспективной системы ГФО. ВИКИ им. А.Ф. Можайского, 1991.N 005391-П.Разд,3-с.26-58.

37. Отчет по НИР. Раздел,посвященный анализу функционирования подсистемы подготовки исходных метеорологических данных. B.4.54023.N 5-88. с.16-27, 71-73.

38. Отчет по НИР. Раздел, посвященный анализу функционирования специального расчета метеообеспечения. В.ч. 03770,1983. № 83-01, ЧЛ, с.70-83.

39.0тчет по НИР. Раздел, посвященный обоснованию системного подхода к проблеме построения экологического мониторинга Вооруженных Сил. ВИКА им. А.Ф. Можайского; 1993. N 314. (Соавтор Н.П.Казаков).

40. Отчет по НИР. Раздел,посвященный разработке концепции автоматизированной системы дистанционного обеспечения и консультирования служащих и подразделений органов местного самоуправления. Инст-т управления и экономики, 1997. N3.(Соавтор Л.В. Ивановский).

41. Отчет по НИР, посвященный обоснованию концепции развития военно-специального геофизического образования в ходе осуществления военной реформы. ВИКИ им.А.Ф. Можайского, 1991. N 310034. (Соавтор Ю.А. Кронин).

42. Отчет по НИР, посвященный исследованию системно-технических вопросов построения, функционирования и перспектив развития информационно-расчетной системы. ВИКИ им. А.Ф.Можайского, 1981.N 257793. (Соавторы В.А. Кириченко, Зыков А.П.).

43. Отчет по НИР, посвященный исследованию характеристик специальной системы метеообеспечения. ВИИ им. А.Ф. Можайского, 1990. N 306882. (Соавторы C.B. Бычков, Г.Г. Балабанов).

44. Отчет по НИР, посвященный разработке методологии обоснования требований к системе ГФО космической системы. ВИКИ им. А.Ф. Можайского, 1991. N 005391-П. (Соавторы Ю.А. Кронин, С.С. Суворов).

45. Отчет по НИР. Раздел, посвященный исследованию информационных возможностей космических систем по освещению геофизической обстановки и определению основных требований к ним. ВИКИ им. А.Ф. Можайского, 1987. N 04484-И. (Соавтор В.В. Васильев)