МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

Тороєв Асанбек Абакірович

УДК 004.7; 004.8

МЕТОДИ І МОДЕЛІ СТВОРЕННЯ МОБІЛЬНИХ ІНФОРМАЦІЙНО-АНАЛІТИЧНИХ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ КРИЗИСНИМИ СИТУАЦІЯМИ

05.13.06 – автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Харків – 2007

Дисертація є рукописом.

Робота виконана на кафедрі інформатики Харківського національного університету радіоелектроніки Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник – | кандидат технічних наук, доцент,

Кузьомін Олександр Якович, Харківський

національний університет радіоелектроніки,

професор кафедри Інформатики.

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор,

Додонов Олександр Георгійович, заступник

директора з наукової роботи Інституту проблем

реєстрації інформації НАН України;

кандидат технічних наук, ст.наук.співробітник, Чайніков Сергій Іванович, Харківський

національний університет радіоелектроніки, доцент кафедри Системотехніки.

Провідна установа – | Національний аерокосмічний університет

ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний

інститут” (м. Харків).

Захист відбудеться 06.06. 2007 р. о __13_ годині на засіданні

спеціалізованої вченої заради Д 64.052.01 у Харківському національному університеті радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, проспект Леніна,14.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Харківського національного університету радіоелектроніки за адресою: 61166, м. Харків, проспект Леніна, 14.

Автореферат розісланий 28.04. 2007р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої заради |

С.Ф.Чалий

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Загальна площа Киргизької республіки --– 198,8тис. кв. км. 94,6% території – складають гори. Перепад висот рельєфу складає 7038 м. На території республіки спостерігається більш 20 видів небезпечних природних явищ, з них найбільший збиток приносять: землетруси, зсуви, селі, паводки, сніжні лавини, прориви високогірних озер, підняття рівня ґрунтових вод, метеорологічні аномальні явища. Основні соціально-економічні втрати населення пов'язані зі зсувами, лавинами, землетрусами й у меншому ступені із селями. Як показують спостереження всі гірські райони Киргизької республіки в тому чи іншому ступені лавинонебезпечні. У Киргизькій республіці особлива лавинна небезпека спостерігається для єдиної стратегічно важливої автодороги Бішкек-Ош.

Починаючи з 2006 року для Міністерства екологічної і надзвичайних ситуацій Киргизької республіки (МЕНС КР) відповідно до Плану проведення робіт з технічного переозброєння МЕНС КР створюються чотири мобільні інформаційно-аналітичні системи керування кризовими ситуаціями (ІАСККС), які будуть розташовані на чотирьох автомобілях з засобами ведення відеоконференцій безпосередньо з місць проведення робіт МЕНС.

Питаннями аналізу, прогнозування і проектування інформаційно-аналітичних систем для надзвичайних ситуацій (НС) займаються зарубіжні (США, Росії, Німеччини, Швейцарії, Австрії, Канади, Киргизії, Узбекистану й ін.) та українські (Інститути проблем реєстрації інформації, кібернетики НАН України й ін.) наукові центри. Отже, накопичено значний досвід наукових досліджень стосовно аналізу техногенних ситуацій та їх прогнозування. Однак унікальність та змінність умов формування таких ситуацій вимагає постійного удосконалення та розвитку методів і моделей. Об'єктивна необхідність подальшого поглиблення теоретичних і методологічних досліджень, передусім, пов’язана з розвитком методів аналізу, своєчасного і якісного прогнозування сходу сніжних лавин та розробці моделей і методів щодо їх застосування під час створення ІАСККС із використанням бази знань, яка може адаптуватися до конкретних умов. При цьому така система має відповідати вимогам до часових та вартісних витрат, які, насамперед, скорочуються із застосуванням повторного використання попередніх рішень, що й було запропоновано у роботі. Загалом все це в основному й обумовило вибір теми даної дисертаційної роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася відповідно до плану міжурядових проектів Киргизької республіки та Російської федерації щодо розробки та впровадження систем керування повітряним рухом, державної автоматизованої системи керування ситуаціями (договір № С01-2004), автоматизованої системи для пошуку та оцінки запасів і розробки надр у Киргизькій республіці (договір №Э1011-2006) і планом проведення робіт з технічного переозброєння МЕНС КР. У роботах з даної теми автор брав участь як розробник архітектурних рішень систем.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є розробка методів і моделей щодо виявлення знань для лавинного клімату під час створення інформаційно-аналітичні системи керування кризовими ситуаціями, для підвищення точності прогнозу сходу сніжних лавин.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити такі завдання:

– виконати системний аналіз існуючих моделей і методів розробки інформаційно-аналітичних систем керування у надзвичайних ситуаціях щодо сніжних лавин;

– провести дослідження щодо методів аналізу прогнозу сходу сніжних лавин;

– розробити метод аналізу ситуацій і прогнозу лавинного клімату на основі статистичного аналізу даних щодо ситуацій у лавинонебезпечних районах;

– перетворити базу даних про лавинонебезпечні ситуації у базу знань для прийняття керуючих та апаратних і програмних рішень у надзвичайних ситуаціях;

– розробити ситуаційну модель для прогнозування лавинонебезпечних ситуацій;

– виконати дослідження моделі лавинного клімату щодо прогнозу сходу сніжних лавин з урахуванням порівняльного аналізу мікроситуацій;

– розробити метод побудови інформаційно-аналітичних систем керування у надзвичайних ситуаціях;

– провести дослідження та застосувати у методі побудови ІАСККС на основі повторного використання елементів та фрагментів аналогічних, подібних розробок інформаційних систем.

Об’єктом дослідження є процеси моделювання лавинної небезпеки й розробки методів аналізу ситуацій, прогнозування та створення мобільних інформаційно-аналітичних систем керування кризовими ситуаціями.

Предметом дослідження є моделі та методи аналізу, прогнозування лавинної небезпеки і розробка проектних рішень ІАСККС.

Методи дослідження. Основним методом дослідження є системний аналіз предметної галузі внаслідок якого розроблено ситуаційну модель лавин. В основу виявлення понять, що складають проблемні ситуації, покладені принципи природної класифікації та статистичний аналіз. Взаємозв’язок частоти сходу лавин виконано на основі розгляду регресійних залежностей. У процесі формування моделей ситуацій використовуються комбінації різних методів Data Mining - асоціацій, виявлення послідовності, класифікації, кластеризації, прогнозування, при цьому виявляються типи закономірностей щодо керуючих або апаратних і програмних рішень повторного використання для кризових даних лавинного клімату, який аналізують для заданого району. Використовується систематизація структури даних про лавинний клімат.

Наукова новизна результатів дисертаційної роботи. Вирішення поставлених задач дозволило автору отримати такі результати:–

вперше розроблено метод розподілу надзвичайних ситуацій лавинного клімату на лавинонебезпечні та лавинобезпечні класи, який для середовища лавинного клімату визначає найважливіші фактори впливу на схід лавини, що надає можливість за допомогою міри близькості мікроситуацій запропонувати методику прогнозу лавинного клімату, обчислити частоту сходу та обсяг лавини;

? набув подальшого розвитку метод побудови структури мобільних систем для контролю лавинонебезпечних гірських ділянок, який відрізняється повторним використанням апаратно-програмних рішень, що дає можливість підвищити надійність та швидкість обробки вхідних даних, а також ефективність прийняття рішень;

? удосконалено ситуаційну модель для аналізу лавинного клімату, яка, на відміну від існуючих, використовує ситуаційне уявлення кризової ситуації на основі трійки “суб'єкт – керуюча дія або апаратно-програмні рішення для повторного використання у розробці – об'єкт”, що дозволяє прогнозувати лавинонебезпечні та лавинобезпечні ситуації швидше та більш точніше, ніж існуючі моделі.

Практичне значення результатів дисертаційної роботи. Методи прогнозування лавинного клімату, його моделювання та розробки ІАСККС, що розроблені в дисертаційній роботі, дозволяють вирішувати широкий клас задач, які виникають під час розробки та експлуатації інформаційно-аналітичних систем для прийняття рішень у кризових ситуаціях, прогнозування фінансового стану банківських установ та ін. Експериментальні дослідження, проведені для оцінки розроблених методів, підтверджують основні положення, що виносяться на захист. Використання отриманих результатів дозволило провести дослідження лавинного клімату для Ітагар Чичканського району Киргизької республіки, про що свідчать акти реалізації. Зокрема отримані результати доведені до рівня практичних розробок і дозволяють:

- підвищити якість прогнозу лавинної загрози, який може надати ІАСККС завдяки впровадженню розробленого методу для розподілу ситуацій на лавинонебезпечні та лавинобезпечні класи ситуацій відповідно до уточнення аналізу даних з урахуванням неозначеності ситуації;

- скоротити час для прогнозування лавинонебезпечних ситуацій, використавши в ІАСККС запропоновану узагальнену модель аналізу;

- почати втілення в практику розробки ІАСККС метод повторного використання найбільш вдалих алгоритмів керуючих дій та апаратно-програмних рішень попереднього застосування.

Метод прогнозування і моделювання лавинного клімату та метод розробки ІАСККС впроваджуються ЗАТ “ПО ВТ і СА” в розробку державної системи керування в кризисних ситуаціях для Міністерства екології і надзвичайних ситуацій Киргизької республіки, що підтверджується відповідними актом впровадження № 07-05 від 25.02.07.

Особистий внесок здобувача. Всі основні результати отримано автором особисто. У працях, опублікованих у співавторстві, особистий внесок автора складає: у [1] розширено можливості алгоритму порівняння ситуацій і запропоновано методику роботи з базами знань для аналізу ситуацій; у [2] запропоновано інтелектуальне керування ситуаціями для прийняття рішень у ситуаційних центрах; у [3] проаналізовано мови для ідентифікації інформаційно-аналітичної системи ситуаційного центру; у [5] запропоновано методи прогнозування лавинонебезпечної обстановки на основі статистичного аналізу; у [6] обрано методи для організації повторного використання проектних рішень; у [7] узагальнено принципи проектування ситуаційних центрів; у [8] запропоновано алгоритм пошуку проектних рішень у базі знань аналогічних розробок; у [9] запропоновано методику повторного використання проектних рішень під час проектування ситуаційних центрів; у [10] запропоновано алгоритм статистичного аналізу даних; у [12] сформульовано основні принципи побудови ситуаційних центрів для боротьби з наслідками техногенних катастроф і запропоновано ефективні засоби аналізу даних.

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень, проведених у дисертаційній роботі, доповідалися й обговорювалися автором на: Міжнародній конференції - International Disaster Reduction Conference (IDRC Davos 2006) (Давос, Швейцарія), Міжнародній конференції ІІСТ-2003 (Харків - Туапсе, 2003р.), Міжнародній конференції ІІСТ-2006 (Харків - Туапсе, 2006 р.), 2-й Міжнародній конференції “i.TECH” (Varna, Bulgaria), Міжнародній конференції “KDS-2003” (Varna, Bulgaria), Міжнародній конференції “KDS-2005” (Varna, Bulgaria), Міжнародній науково-технічній конференції “Штучний інтелект. Інтелектуальні і багатопроцесорні системи” (Алушта, 2004 р.). Застосування в реальних заходах МЕНС КР і в НДР, ОКР ряду підприємств Киргизької республіки і Російської Федерації.

Публікації. За темою дисертаційної роботи опубліковано 12 науково-технічних публікацій, з них: 5 статей (1 без співавторів) у виданнях, включених до переліку видань ВАК України, у яких можуть публікуватися результати дисертаційних робіт на здобуття наукового ступеня доктора і кандидата технічних наук; 1 публікація у міжнародному видавництві; 6 публікацій у збірниках праць і тез міжнародних науково-технічних конференцій, форумів.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається із вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використовуваних джерел і додатка загальним обсягом 148 с. Робота має 43 ілюстрації на 23 с., 17 таблиць на 12 с., список використовуваних джерел має 110 найменувань на 7 с., додатків на 5 с.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі досліджень, показано зв'язок роботи з науковими темами, наукова новизна і практична значущість отриманих результатів.

У першому розділі виконано дослідження та аналіз даних і знань для створення моделей і методу аналізу лавинного клімату та прогнозування сходу лавин, які необхідні під час розробки інформаційно-аналітичної системи керування у кризових ситуаціях.

Узагальнений аналіз робіт з даної проблеми та урахування суттєвих економічних та людських втрат щодо надзвичайних ситуацій (НС) дозволив насамперед зробити дуже важливий висновок: питання формування моделі і методів відповідно до аналізу лавинного клімату мають ще не достатнє наукове і практичне вирішення. Системний підхід до оцінки ситуацій і стану об'єктів природного і техногенного середовища обумовлює необхідність інтеграції модельних уявлень різних фізичних й інформаційних процесів і явищ. У задачах інформаційно-аналітичного та організаційного керування дуже часто зустрічаються ситуації, для яких вихідні умови їх використання і розробки нечітко визначено. Процеси прийняття керуючих рішень нерідко наштовхуються на перешкоди, які складно вирішуються за обмежений час. Насамперед у багатьох практичних випадках щодо лавинного клімату слід враховувати величезний обсяг суперечливих даних з різнопланових джерел, до того ж вони мають різні ступені достовірності.

У розділі наведено дослідження предметної галузі. Проаналізовано існуючі методи і підходи в створенні інструментальних засобів розробки ІАСККС для аналізу та прогнозування лавинної небезпеки. Виділено унікальність проектування ІАСККС та показано особливість шляхів, які можна запропонувати для реалізації розробки системи в цілому. Як метод з підвищення ефективності роботи розробника запропоновано повторне використання накопичених раніше рішень щодо існуючих, аналогічних інформаційно-аналітичних систем. Показано основні переваги і недоліки даного підходу. Результати аналізу вказали на необхідність розробки методів і моделей для підтримки повторного використання, спрямованих на забезпечення ефективного прогнозу.

У цьому розділі сформульовано мету та завдання дослідження, а саме: розробка методів для автоматизації повторного використання рішень щодо ІАСККС, методів аналізу лавинної безпеки і прогнозування сходу лавин. Визначено основні складові методів розробки та моделювання лавинної безпеки для опису ситуацій, аналізу альтернативних рішень і прогнозування сходу лавин. Внаслідок виконаного в роботі дослідження аналогічних систем аналізу та прогнозування сходу сніжних лавин запропоновано таку схему ІАСККС (рис. 1). Завдання для дослідження на рис. 1 зафарбовано у сірий колір.

У другому розділі розроблено метод розподілу надзвичайних ситуацій лавинного клімату на лавинонебезпечні та лавинобезпечні класи, що дозволяє зробити розподіл на лавинонебезпечні та лавинобезпечні класи ситуацій (ЛЛКС) відповідно до уточнення аналізу даних з урахуванням неозначеності ситуації. Сутність такого уточнення полягає як у врахуванні частоти сходу лавин від ряду факторів середовища лавинного клімату, так й визначення міри близькості мікроситуацій відповідних класів. Метод ЛЛКС реалізується такими етапами:

1. Аналіз статистичних характеристик лавинного клімату для знаходження найбільш суттєвих факторів. Формулювання системи даних, яка відображує виникнення сходу лавин (ЛС).

2. Формуються класи характеристик середовища щодо виникнення і не виникнення лавин.

3. Узагальнення класів виникнення ЛС для різних груп окремих характеристик середовища виникнення лавин.

4. Визначення міри близькості між окремими класами виникнення лавинобезпечної та лавинонебезпечної ситуацій.

На початковому етапі методу ЛЛКС виконується попередня обробка даних. Виконується аналіз статистичних характеристик лавинного клімату, для якого формується набір даних, які визначають можливість виникнення ЛС:

,

де – загальна характеристика виникнення ЛС,

– множина найбільш суттєвих факторів, які визначають умови виникнення ЛС із множини факторів-характеристик середовища виникнення сходу лавини , . Як найбільш суттєві фактори, що визначають середовище виникнення ЛС, обраного для Ітагар Чичканського району Киргизької республіки, маємо: – температура повітря, – вологість повітря, – швидкість вітру, – кількість осадків, – кут схилу гори, де очікується імовірний схід лавини.

На другому етапі методу, на підставі основних множин найбільш суттєвих факторів, що визначають середовище виникнення ЛС за допомогою методів статистичного аналізу визначаються їх взаємозв’язки із характеристикою виникнення ЛС та формуються класи груп імовірних характеристик середовища виникнення і не виникнення лавин, що відображують різну ступінь імовірності сходу лавини:

,

де – ряд взаємопов’язаних значень множини найбільш суттєвих факторів із характеристикою виникнення ЛС з погляду імовірного виникнення лавинонебезпечної ситуації;

– ряд взаємопов’язаних значень множини найбільш суттєвих факторів із характеристикою виникнення ЛС з погляду імовірного виникнення лавинобезпечної ситуації.

Наступним кроком методу ЛЛКС є узагальнення класів виникнення ЛС для різних окремих груп характеристик виникнення лавин (табл. 1).

При цьому кожний з класів відповідно до окремих груп характеристик середовища виникнення різних ситуацій визначається певним імовірнісним інтервалом (, де – клас ЛС, – окрема група характеристик середовища виникнення різних ситуацій) віднесення до лавинобезпечного або лавинонебезпечного класу.

За необхідності, а також для можливостей урахування динаміки зміни характеристик середовища виникнення різних ситуацій в методі ЛЛКС передбачено етап уточнення класів виникнення ЛС. Основу такого етапу складає

Таблиця 1.

Розподіл класів виникнення ЛС на прикладі різних груп характеристик середовища виникнення лавин для Ітагар Чичканського району Киргизької республіки

Окремі групи характеристик середовища виникнення лавинного клімату | Імовірнісний діапазон окремих класів виникнення лавинобезпечної ситуації | Імовірнісний діапазон окремих класів виникнення лавинонебезпечної ситуації

0,54 – 0,82 | 0,51 – 0,87

0,50 – 0,87 | 0,52 – 0,77

0,52 – 0,77 | 0,51 – 0,70

0,51 – 0,69 | 0,50 – 0,73

0,51 – 0,96 | 0,50 – 0,80

оцінка корегування випадків неправильного віднесення до класів лавинобезпечних та лавинонебезпечних ситуацій, а також тестування відповідних даних шляхом розгляду нових характеристик середовища виникнення сходу лавини. Тобто формально відбувається корегування ряду значень взаємозв’язків множини найбільш суттєвих факторів, що визначаються для середовища виникнення ЛС:

де – уточнений ряд значень взаємозв’язків множини найбільш суттєвих факторів із характеристикою виникнення чи не виникнення ЛС.

Заключним етапом методу ЛЛКС є визначення міри близькості між окремими класами виникнення лавинобезпечної та лавинонебезпечної ситуацій. Як така міра близькості обрано значення дискримінантних функцій для окремих груп класів характеристик середовища щодо виникнення лавинобезпечної та лавинонебезпечної ситуацій відносно аналізу загального лавинного клімату.

Таким чином, у загальному схема алгоритму реалізації уточненого методу розподілу лавинонебезпечних та лавинобезпечних класів ситуацій має наступний вигляд (рис. 2).

У третьому розділі розроблено модель аналізу ситуацій та метод побудови структури мобільних систем для контролю лавинонебезпечних гірських ділянок, що дозволяє формалізувати опис лавинонебезпечних та лавинобезпечних ситуацій, які внаслідок моделювання розбиваються на класи і мають подання мікроситуацій для аналізу лавинного середовища на основі “суб'єкт – керуюча дія або засіб реалізації – об'єкт”. Враховуються особливості виникнення лавин їх моделювання щодо розробки системи управління у кризових ситуаціях на основі мікроситуаційного уявлення лавинного середовища. Ситуаційна модель для виявлення найкращих керуючих дій попередження чи ліквідації наслідків НС, або застосування апаратних і програмних рішень щодо забезпечення НС являються як сукупність з мікроситуацій :

,

де – частина ситуації, обумовлена парою, – центральне поняття мікроситуації , – контексту центрального поняття . Поняття є центральною значущою одиницею, навколо якої базується дана мікроситуація. Множина складається з понять, що виражають відношення центрального поняття з іншими другорядними поняттями, що беруть участь у даній мікроситуації.

Відношенням вважатимемо деяку залежність центрального поняття від другорядних, необхідну для відображення мікроситуації для керуючих дій або апаратно програмних рішень стану лавинної обстановки. Як другорядне для даної мікроситуації може виступати поняття, що є центральним для іншої мікроситуації.

Мікроситуація відповідає трійці: “показники лавинного клімату” – це суб’єкт аналізу – “зміна лавинної обстановки”, найбільш вдала керуюча дія щодо попередження сходу лавини (або використання апаратних і програмних рішень повторного використання) – “схід лавини”, це об'єкт аналізу і прогнозу, який досліджується дослідником під час моделювання лавинного клімату.

Зокрема для цілей формалізації такого опису та формування бази знань на основі аналізу бази даних запропоновано модель визначення ЛС. Сутність такої моделі полягає у визначені складових різних груп окремих характеристик середовища виникнення лавини як мікроситуації класів щодо виникнення ЛС.

Відповідно до цього на множині досліджуваних даних стосовно різних характеристик лавинного середовища у межах розглянутих груп доказово виділено такі характеристики множини, які характеризують мікроситуації відповідно до лавинобезпечного або лавинонебезпечного класу ЛС.

У цілому кожний із зазначених класів ситуацій аналізу лавинного клімату узагальнює в собі взаємодію моделі предметної галузі, яка визначається характеристиками лавинного клімату, відповідно до загальних характеристик виникнення ЛС (у даному випадку частоти сходу лавин). Тобто в цілому результат імовірнісного оцінювання стосовно віднесення досліджуваних даних лавинного клімату виникнення лавинної безпеки можна розглядати як основу переходу стосовно формування відповідної системи мікроситуацій, які у свою чергу визначають базу знань інформаційно-аналітичної системи управління кризовими ситуаціями.

Вищезазначене також дозволяє уявити кожний з класів ЛС як множину мікроситуацій на визначених групах їх характеристик за допомогою такої моделі:

,

де – окремі характеристики лавинного клімату як середовища, у якому виникла лавина;

– загальна характеристика виникнення ЛС;

– найбільш значущі зв’язки факторів щодо виникнення ЛС.

Таким чином, загалом кожний з класів ситуацій є певною множиною мікроситуацій, кожна з яких відповідає окремій групі даних середовища виникнення лавинного клімату та відображує виникнення або лавинобезпечного, або лавинонебезпечного класу в цілому. Одночасно кожна з мікроситуацій відображує імовірність настання ЛС з погляду певної групи даних середовища виникнення лавинного клімату.

Підтвердженням доцільності введеного розгляду є можливість проведення порівняльної оцінки мікроситуацій як у межах визначеного класу ситуацій, так і між окремими класами. Основу проведення такого порівняння визначають значення статистики Вілкоксона з урахуванням ваги впливу окремих мікроситуацій та факторів, що їх визначають :

Ця статистика для взаємопов’язаних вибірок дозволяє відповісти на запитання: чи не відбулося деякої події у досліджуваних даних, яка суттєво змінила певну ієрархію мікроситуацій. Тобто значення такої статистики дозволяють проаналізувати різницю між зазначеними мікроситуаціями, а саме: чим більше значення статистики Вілкоксона, тим більш віддаленими є аналізовані мікроситуації, та навпаки.

Дані стосовно аналізу класів ЛС на основі множин їх мікроситуацій для реальних даних Ітагар Чичканського району Киргизької республіки наведено у табл. 2 (1 – 5 – мікроситуації лавинонебезпечного класу, 6 – 10 – мікроситуації лавинобезпечного класу).

В табл. 2 наведено інтегральні значення статистики Вілкоксона з точки зору певної мікроситуації по відношенню до окремих класів ЛС.

Таблиця 2.

Значення статистики Вілкоксона для мікроситуацій різних класів ЛС

1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10

1– | 0,920 | 2,041 | 2,705 | 0,242 | 1,534 | 2,463 | 3,441 | 2,995 | 1,413

2 | 0,920– | 1,689 | 2,671 | 0,634 | 1,778 | 2,082 | 2,064 | 2,225 | 1,528

3 | 2,041 | 1,689– | 0,217 | 1,968 | 0,568 | 0,169 | 1,618 | 2,089 | 0,942

4 | 2,705 | 2,671 | 0,217– | 2,263 | 1,355 | 1,087 | 1,005 | 1,355 | 2,136

5 | 0,242 | 0,634 | 1,968 | 2,263– | 1,044 | 2,596 | 2,624 | 3,087 | 0,886

6 | 1,534 | 1,778 | 0,568 | 1,355 | 1,044– | 0,157 | 1,868 | 2,371 | 1,174

7 | 2,463 | 2,082 | 0,169 | 1,087 | 2,596 | 0,157– | 2,149 | 2,101 | 0,266

8 | 3,441 | 2,064 | 1,618 | 1,005 | 2,624 | 1,868 | 2,149– | 0,198 | 2,354

9 | 2,995 | 2,225 | 2,089 | 1,355 | 3,087 | 2,371 | 2,101 | 0,198– | 3,556

10 | 1,413 | 1,528 | 0,942 | 2,136 | 0,886 | 1,174 | 0,266 | 2,354 | 3,556–

Графічне подання узагальнених даних статистики Вілкоксона (рис. 3) дозволяє виконати дослідження сукупності різних мікроситуацій та проводити аналіз нових мікроситуацій, що відповідають як лавинонебезпечному, так й лавинобезпечному класу в цілому.

Запропоновано метод розбудови структури мобільних засобів контролю лавинного клімату - ІАСККС на основі аналогічних апаратно програмних рішень та магістрального об’єднання компонент системи зв'язку, яке дозволяє підвищити надійність і швидкість обробки вхідних даних з підняттям якості керування у надзвичайних ситуаціях і має аналогічні кроки щодо розробки ІАСККС так і відповідно видачі рекомендацій ІАСККС особі, яка приймає рішення у НС:

1. Формується апріорна база статистичних даних щодо сходу лавин у минулому.

2. Виконується аналіз за методом ЛЛКС - розподілу ситуацій на лавинонебезпечні або лавинобезпечні класи (рис.2).

3. Розбудовується еталонна модель стосовно лавинного клімату у заданому гірському районі і формується база знань мікроситуацій.

4. Робиться прогноз імовірності сходу лавини.

5. Формується текстовий опис понять із категорій ситуацій відповідно до лавинного клімату.

6. Виконується порівняльний аналіз мікроситуацій, які прогнозуються, та апріорних мікроситуацій.

7. При видачі ІАСККС рекомендацій для керуючої у НС особи здійснюється пошук у базах знань аналогічних надзвичайних ситуацій можливих керуючих дій щодо ліквідації наслідків НС або дій стосовно попередження сходу лавини.

8. Під час розробки ІАСККС здійснюється пошук найкращих апаратних і програмних рішень повторного використання.

Стосовно розробки ІАСККС у вище наведеному методі у пп. 4 та 6 - імітується надзвичайна ситуація можливого сходу лавини, а потім для ІАСККС залучаються рішення повторного використання (п.8).

У четвертому розділі розглянуто питання експериментального дослідження методів прогнозування лавинного клімату та методу розбудови структури мобільних засобів контролю лавинного клімату - ІАСККС на основі аналогічних апаратно програмних рішень та магістрального об’єднання компонент системи зв'язку, яке дозволяє підвищити надійність і швидкість обробки вхідних даних з підняттям якості керування у надзвичайних ситуаціях.

На основі повторного використання проектних рішень і запропонованих у роботі моделі лавинного клімату і методу аналізу та прогнозування була розроблена модель схеми моніторингу ситуацій зі збором й обробкою інформації для ІАСККС.

Задача створюваного ІАСККС – це задоволення цілей розробки інформаційно-аналітичної системи керування та передбачення у кризових ситуаціях. Головною метою ІАСККС є прогнозування лавинної небезпеки в заданій області за допомогою системного аналізу лавинного клімату. Таким чином, щодо лавинного клімату ІАСККС забезпечує досягнення цієї головної мети. На вищому рівні функціонування держави ІАСККС створюється як частина державного ситуаційного центру для виконання деяких задач МЕНС. У процесі досягнення глобальної мети функціонування ІАСККС можливе досягнення деяких локальних цілей – рекомендацій щодо спорудження спеціальних споруджень проти лавин, оцінювання необхідних робіт, засобів контролю, моделювання НС для задач розробки та навчання керівників різних підрозділів рятівників і т. ін.

Розроблювач за допомогою різних, у тому числі і мовних засобів проводить системний аналіз лавинного клімату, щоб з'ясувати як співвідносяться між собою елементи для досягнення цілей функціонування ІАСККС.

Багато в чому успішність даного процесу визначається здатністю розроблених інструментальних засобів найбільш повно враховувати цілі функціонування ІАСККС.

ІАСККС створюється для використання у деякому організаційному середовищі МЕНС, що являє структури, процеси, інформацію, ресурси й обмеження, зв'язки з іншими організаціями. У запропонованій системі використовуються загально організаційні моделі інформаційно-аналітичних систем стосовно застосування у більшості аналогічних типів систем. На цій основі ми маємо можливість повторно використовувати розробки, які були створені для інших застосувань.

Наведено результати заповнення бази знань щодо повторного використання у базі знань аналогічних надзвичайних ситуацій можливих керуючих дій стосовно ліквідації наслідків НС або дій для попередження сходу лавини та апаратно-програмних рішень ІАСККС. Наведено геоінформаційні вирішення прив’язки надзвичайних ситуацій до місцевості у ІАСККС. Наведено впроваджену у практику схему інформаційно-аналітичної мережі, застосованих типових засобів рятівника та комп’ютерного забезпечення служби рятівників.

У додатках наведено опис та фрагмент бази знань щодо лавинного клімату, які застосовувалися в ІАСККС для прогнозування за методам розподілу надзвичайних ситуацій лавинного клімату на лавинонебезпечні та лавинобезпечні класи, який для середовища лавинного клімату визначає найважливіші фактори, а також акти про використання результатів дисертаційної роботи.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі наведено теоретичне узагальнення і нові вирішення науково-технічної задачі інформаційно-аналітичного забезпечення аналізу та прогнозування щодо кризових ситуацій. У роботі запропоновано метод розробки інформаційно-аналітичних керуючих систем для кризових ситуацій на основі повторного використання найбільш прийнятних раніше розроблених апаратних і програмних рішень.

На основі виконаних теоретичних і експериментальних досліджень отримано найбільш суттєві такі результати:

1. На основі проведеного аналізу сучасних методів аналізу прогнозу сходу сніжних лавин розроблено метод розподілу надзвичайних ситуацій лавинного клімату на лавинонебезпечні та лавинобезпечні класи, який для середовища лавинного клімату визначає найважливіші фактори.

2. Запропоновано узагальнений метод прогнозу лавинного клімату, що надає можливість за допомогою міри близькості мікроситуацій обчислити частоту сходу лавини та їх обсяг.

3. Набула подальшого розвитку ситуаційна модель для аналізу лавинного клімату, яке, на відміну від існуючих, використовує ситуаційне уявлення кризової ситуації на основі трійки “суб'єкт – керуюча дія або апаратно-програмні рішення для повторного використання у розробці – об'єкт”. Модель забезпечує підвищення якості прогнозування лавинного клімату.

4. Розроблено методику перетворення бази даних про лавинонебезпечні ситуації у базу знань для прийняття рішень у надзвичайних ситуаціях.

5. Розроблено метод розбудови інформаційно-аналітичної системи керування у надзвичайних ситуаціях з повторним використанням елементів та фрагментів накопиченого досвіду. Метод забезпечує суттєве зменшення затрат часу та коштів на розробку.

6. Результати дисертаційної роботи впроваджуються у Киргизькій республіці для ряду технічних комплексів, для яких необхідно розробляти алгоритми аналізу ситуацій, прогнозування НС і пропозиції найбільш вдалих керуючих дій або апаратні та програмні рішення для запобігання і ліквідації наслідків кризових ситуацій.

7. Експериментальні дослідження отриманих методів і моделей підтвердили адекватність розроблених методів поставленій задачі. Результати роботи використані в ЗАТ “ВТ і СА” у процесі розробки загальнодержавного ситуаційного центру для різних застосувань. Використання запропонованих у роботі методів та моделей дозволило підвищити якість розробки ІАСККС, що підтверджується відповідними документами.

Таким чином, проведені дослідження дозволяють вважати досягнутою мету дослідження, яка полягає в підвищенні ефективності методу прогнозу лавинного клімату на основі системного моделювання ситуацій у надзвичайних ситуаціях та повторного використання накопиченого досвіду і апаратно-програмних рішень.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Куземин А.Я., Сорочан М.В., Тороев А.А. Использование языковых средств на ранних стадиях проектирования программного обеспечения // Искусственный интеллект. – Донецк : ИИИ. – 2004. – №3. – С. 328 – 336.

2. Старикова И.А., Тороев А.А.. Интеллектуальное и мультимедийное управление для принятия решений в ситуационных центрах //Прикладная радиоэлектроника. Харьков: ХНУРЭ. – Том 3. №3. – 2004. – С. 54 – 59.

3. Гусарь Н.В., Куземин Ю.А., Тороев А.А. Исследование языка идентификации информационно-аналитической системы ситуационного центра для обеспечения энергетической безопасности //Автоматизированные системы управления и приборы автоматики. Харьков: ХНУРЭ.– 2005. – Выпуск №131. С. 11 – 19.

4. Тороев А.А. Мобильный информационно-аналитический центр управления кризисными ситуациями в лавиноопасных районах Кыргызии //Автоматизированные системы управления и приборы автоматики. Харьков: ХНУРЭ.– 2006. – Выпуск №134. – С. 48 – 54.

5. Куземин А.Я., Ляшенко В.В., Тороев А.А.. Статистический анализ в обосновании значимых параметров моделей предупреждения лавиноопасных ситуаций //Автоматизированные системы управления и приборы автоматики. – Харьков: ХНУРЭ. – 2006. – Выпуск №137. – С. 64 – 69.

6. Kuzemin A., Sorochan M., Yanchevskiy I., Torojev A. The use of situation representation when searching for solutions in computer aided design systems International Journal // Information Theories & Applications. – Sofia. – 2005. – Vol.11. – P. 101 – 107.

7. Тороев А.А., Куземин А.Я. Роль и перспектива создания ситуационных центров государственной власти // Сборник докладов международной конференции “Теория и техника передачи, приема и обработки информации”. – Харьков-Туапсе. 2003. – С. 481 – 483.

8. Куземин А.Я., Сорочан М.В., Тороев А.А. Использование ситуационного представления при поиске решений в системах автоматизации проектных работ // Материалы международной научно-технической конференции "Искусственный интеллект. Интеллектуальные и многопроцессорные системы". – Таганрог: Изд-во ТРТУ. – 2004. – С. 99 – 102.

9. Slipchenko M., Kuzemin A., Sorochan M., Torojev A. Situation Centers in Modern State // Proc. of the Second International Conference i.TECH 2004. – Varna. – Bulgaria: FOI-COMMERCE. – 2004. – P. 96 – 98.

10. Kuzemin A., Liashenko V., Bulavina E., Torojev A. Analysis of movement of financial flows of economical agents as the basis for designing the system of economical security (general conception) // Third International Conference “Information Research, Applications, and Education”. – Sofia. – Bulgaria: FOI-COMMERCE. – 2005. – P. 204 – 209.

11. Тороев А.А. Разработка мобильного информационно-аналитического центра управления кризисными ситуациями в лавиноопасных районах Кыргызии // Теория и техника передачи, приема и обработки информации. Сб. докладов. Харьков-Туапсе. – 2006 – С. 481 – 483.

12. Kuzomin A., Torojev A.. Mobile means of control and prediction of avalanche climate using information conversion in acoustic. RANGE 291 // IDRC. – DAVOS. – 2006. – Vol. 2. – P. 291 – 294.

АНОТАЦІЯ

Тороєв А.А. Методи і моделі створення мобільних інформаційно-аналітичних систем управління кризисними ситуаціями. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. - Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2007.

Дисертаційна робота присвячена розробці методу, заснованому на розподілі ситуацій на лавинонебезпечні та лавинобезпечні класи ситуацій. Розроблено методику прогнозу лавинної безпеки з використанням міри близькості мікроситуацій відповідних класів. Розроблено ситуаційну модель аналізу лавинонебезпечних та лавинобезпечних ситуацій. Запропоновано метод розбудови структури мобільних засобів контролю лавинонебезпечних зон, який має підставу нових та аналогічних апаратних і програмних рішень повторного використання.

Ключові слова: ситуаційна модель лавинного клімату, попередження сходу лавини, методика прогнозу лавинного клімату, апаратно-програмні рішення повторного використання.

АННОТАЦИЯ

Тороев А.А. Методы и модели создания мобильных информационно-аналитических систем управление кризисными ситуациями. – Рукопись.

Диссертация на получение научной степени кандидата технических наук за специальностью 05.13.06 - автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. - Харьковский национальный университет радиоэлектроники, Харьков, 2007.

В диссертационной работе проанализированы существующие методы анализа и прогнозирования лавинного климата. Проведенный обобщенный анализ работ по данной проблематике с учетом существен-ных экономических и человеческих потерь при чрезвычайных ситуациях позволил сделать следующий очень важный вывод: вопрос формирования мо-делей и методов для анализа лавинного климата имеют еще не достаточные научные и практические решения. Системный подход к оценке ситуаций и со-стояния объектов естественной и техногенной среды обуславливает необходи-мость интеграции модельных представлений разных физических и информаци-онных процессов и явлений. В задачах разработки информационно-аналитических систем и орга-низационного управления часто встречаются ситуации, для которых исходные условия их использования и разработки нечетко определенны. Процессы принятия управляющих решений нередко наталкивается на препятствия, которые тяжело решаются за ограниченное время. Прежде всего, во многих практических случаях относительно лавинной безопасности мы имеем огромный объем зачастую противоречивых данных.

Диссертационная работа посвящена разработке метода прогнозирования лавинного климата основанного на системном анализе чрезвычайных ситуаций на лавиноопасные и лавинобезопасные классы ситуаций. Разработана методика прогноза лавинной опасности с использованием меры близости микроситуаций соответствующих классов при определении априорной частоты схода лавин. Созданная ситуационная модель лавинного климата имеет представление микроситуаций для анализа лавинного климата на основании “субъект – управляющее действие (или аппаратно-программное решение повторного использования) – объект”, которая позволяет с учетом особенностей возникновения лавиноопасных ситуаций выбрать наиболее эффективные решения. Предложенный метод разработки структуры информационно-аналитической системы мобильного базирования для кризисных ситуаций основан на повторном использовании аппаратно-программных решений.

В диссертационной работе предлагаются: метод анализа ситуаций и прогноза схода лавины, ситуационная модель лавинного климата, метод поиска наиболее эффективных управляющих действий или аппаратно-программных решений повторного использования при разработке информационно-аналитических систем. Информационно-аналитическая система управления мобильного базирования для кризисных ситуаций создается для использования в некоторой организационной среде ситуационных центров, которые представляют структуры, процессы, информацию, ресурсы, цель, ограничения, связи с другими организациями. В предложенной системе используются общеорганизационные модели информационно-аналитических систем относительно применения в большинстве аналогичных типов систем. На этом основании мы имеем возможность использовать разработки, созданные для разных применений.

Экспериментальные исследования полученных методов и моделей подтвердили адекватность разработанных методов поставленной задаче. Результаты работы использованы в ЗАО “ВТ и СА” в процессе разработки общегосударственного ситуационного центра для разных применений. Использование предложенных в работе методов и моделей позволило повысить качество разработки информационно-аналитической системы управления мобильного базирования для кризисных ситуаций, что подтверждается соответствующими документами.

Ключевые слова: методика прогноза лавинного климата, ситуационная модель лавинного климата, предупреждение схода лавины, аппаратно-программные решения повторного использования.

SUMMARY

Toroyev A.A. Methods and models for creation of mobile information-analytical systems for emergency situations control. – Manuscript.

Thesis on competition for the scientific degree of Candidatus Scientarim in Engineering Sciences in specialty 05.13.06 – Automated Systems of Control and Innovative Information Technologies. – Kharkov National University of Radio Electronics, Kharkiv, 2007.

The dissertation is devoted to development of the method based on the separation of the situations into avalanche-dangerous and avalanche-non-dangerous classes relying on the statistical analysis approaches. Methods for the avalanche security prediction has been developed using the measure of proximity of the relevant classes’ micro situations when estimating a priori avalanche frequency. The offered method for development of the mobile means of control over avalanche-dangerous zones is based on new and similar hardware-software solutions of the secondary usage.

Key words: situational model, avalanche warning, avalanche security prediction methods, hardware-software solutions of the secondary usage.

Відповідальний за випуск С. Ф. Чалий

Підписано до друку 27.04.2007. Формат паперу 60х80 1/16

Умов. Друк. Арк. 0,9. Зам. № Тираж 120 прим.

Надруковано в