Ієрархічні моделі та інформаційні технології оперативного управління в умовах надзвичайних ситуацій



Сторінка3/5
Дата конвертації03.11.2016
Розмір0.96 Mb.
ТипАвтореферат
1   2   3   4   5

У третьому розділі «Інформаційна підтримка прийняття рішень в умовах надзвичайних ситуацій» досліджувалась експертна інформаційна підтримка прийняття рішень в екстремальних ситуаціях функціонування енергоактивних сис­тем та об’єктів в граничних і аварійних режимах.

В основу інформаційно-управляючих систем покладені інформаційні технології опису ситуації в ПНО та виявлення логічних, причинних, функціональних зв’язків у операційних та управляючих структурах. Згідно з цією концепцією, визначено основні інформаційні характеристики ситуацій в агрегованих ієрархічних системах: V – місце ситуації, яке визначається показниками людності, небезпечності та географічним розташуванням у населеному пункті; Р – множина подій, кожна з яких характеризує окрему ситуацію; С – час виникнення ситуації, який визначається порою року, ча­сом у добі та відносним часом ситуації; К – кількість осіб, яка може бути свідками ситуації або брати у ній участь; S – статус ситуації; T – тип ситуації, який є залеж­ним від показників ситуації, що визначають необхідність залучення підрозділів ДСНС, і застосування інших дій, не пов’язаних з залученням вищезгаданих сил та засобів; R – множина можливих рішень.

Відповідно до моделі ситуації, формуються інформаційні структури, які включають такі компоненти (рис.4):


  • модель ПНО в структурі інтегрованої ієрархічної системи (ІІС);

  • модель автоматизованої системи управління з каналами ІВС відбору даних <КВД1,…, КВДn>;

  • інформаційна система (ІС) обробки даних від ПНО в реальному часі, в якій формуються відомості, що є засадами синтезу управляючих рішень для оперативного управління ліквідацією загроз;

  • структури ДСНС різного оперативного рівня з ієрархією повноважень та відповідними ресурсами для ліквідації аварійних та НС.

Рисунок 4 – Інформаційна ситуаційна схема ліквідації загроз:

КВД – контроль виконавчої дії; ІВС – інформаційно-вимірювальна cиcтема; ОГдснс, РГдснс – обласні та регіональні управління ДСНС; КОУ – командно-оперативне управління; СУ – стратегія управління КУ – команди управління; Ді – потік даних; ІІС – інтегрована ієрархічна система; ЗСК – зона системного конфлікту
Розвитком наведеної на рис.4 схеми є використання когнітивних структур для прийняття рішень та узгодження гіпотез з результатами, яке ґрунтується на меха­нізмах:


  • перетворення вхідної інформації про структуру і тип активності об’єкта;

  • зіставлення результатів з вимогами реалізації цілі, згідно траєкторії стану;

  • переходу від вимог до плану дій на основі сформованого сценарію;

  • побудови функціональної гіпотези розв’язання задачі з використанням експертних та інтуїтивних знань;

  • перетворення інформації в ході розв’язання задачі відповідно до функціо­нальної гіпотези, з метою відслідковування сценарію розвитку події в цільовому просторі енергетично-активного об’єкта;

  • формування конкретної гіпотези про тактику конструктивного способу реалізації процесу розв’язання задачі, переходячи від підсвідомого до свідомого аналізу процесу;

  • порівняння результату з цільовим завданням на основі зворотного зв’язку.

Процес розв’язання цієї задачі вибору стратегії та управляючих дій для лі­квідації НС можна виразити у вигляді логічного ланцюга дій когнітивної системи:

,
де Сi – цільове завдання; – робоча гіпотеза; SiHi – специфіковані гіпотези, згенеровані оператором; – послідовні ланцюги рішень у вигляді команд дій; – результат; (P/Ci) – координуюча система за умови задачі .

Розрив зворотних зв’язків в процесі операторської діяльності та в умовах інформаційних обмежень призводить до стресової ситуації і провокує аварійний стан в людино-машинній технологічно-інтегрованій системі. Результатом цього стає некерованість аварійної ситуації.

Розроблена функціональна схема етапів психологічної адаптації когнітивної структури особистості (свідомої і підсвідомої компоненти) (рис.5).

Відповідно до причинно-наслідкових концепцій дії загроз побудована при­чин­но-наслідкова модель розвитку подій в агрегованих системах з ПНО (рис.6):



  1. ПНО управління технологічної системи.

  2. Функціональна структура об’єкта з комплексом фізико-хімічних та активних енергетичних перетворень.

  3. Логічна структура ресурсних перетворень в агрегатах ПНО (Аgi).


Рисунок 5 – Схема етапів психологічної адаптації когнітивної структури особистості:



HLicon – індикатор образу на дисплейному комплексі; Dsit – динамічна ситуація; IBC – інформаційно-вимірювальна система; ЦЗС – центр збору сигналів

  1. Логіко-функціональна структура енергоактивних перетворень і процесів в агрегатах ПНО (Аgп).

  2. Модель декомпозиції причинно-наслідкових зв’язків при дії збуджу­валь­них факторів.

  3. Діаграми подій в агрегованому ПНО.

Такий підхід до структурного управління ПНО є основою для визначення рівня ризику аварії залежно від типу і місця дії факторів та активних загроз на різних агрегатах і ієрархічних структурах системи.

Активна сенсорна система сприйняття образів профорієнтованих знань про ситуації на ПНО дала змогу розробити модель активізації когнітивної структури, яка інтерпретується в певній предметно-орієнтованій області знань, та сіткові графіки розвитку подій при формуванні процесу управління ПНО.


Рисунок 6 – Причинно-наслідкова модель розвитку подій в агрегованих ПНО:



Xi – оцінка параметра потоку ресурсів PR, Yi – оцінка параметрів потоків продукції PP; BPFiвнутрішні фактори; Fi – фактори впливу; R – ресурсні збурення; ЕА – енергоактивні збурення; ODSitk Ln – образи класів ситуацій
Розглянуті моделі причинного аналізу є актуальним інструментом дослідження поведінки людино-машинних структур в АСУ ТП, особливо адекват­ності поведінки людини-оператора в складних ситуаціях, який в короткий час повинен збудувати ланцюг причин і факторів збурень системи та своєчасно і опе­ративно реалізувати стратегію цілеспрямованої протидії.

У четвертому розділі «Проблема побудови системи підтримки прийняття рішень в умовах надзвичайних ситуацій» досліджувались проблеми планування, прогнозування та удосконалення системи БЖД в умовах недостатнього обсягу засобів і ресурсів для проведення всього комплексу заходів, які б забезпечили її максимальну ефективність.

Впливати на ефективність системи БЖД вдається тільки опосередковано, через ланцюжок "комплекс заходів" "ефективність заходів" "ефективність сис­теми загалом". Тоді функція мети оптимального розподілу ресурсу на проведення заходів найефективнішого впливу на удосконалення системи БЖД у межах окремої території, набуває такого вигляду (2):



; , (2)

де інтегральний показник, який кількісно характеризує ефективність удос­ко­налення системи БЖД; M – кількість комплексів заходів; Ni – число заходів у і-му комплексі заходів; ri – коефіцієнт ефективності проведення i-го комплексу заходів, який помітно вплине на ефективність удосконалення системи БЖД, ; qij – коефіцієнт ефективності проведення j-го заходу з i-го комп­лек­су, реалізація якого забезпечує удосконалення системи БЖД, ; xij – структура проведення заходів з удосконалення системи БЖД – шукана булева змінна, яка набуває значення 1 – у випадку, якщо j-ий захід з i-го комплексу проводиться, 0 – за ситуації, коли його проведення визнане недоцільним, . Змінна C, яка виражає обмеження екстремальної задачі із границями С*-н і С*+в, є загальною вартістю проведення комплексу заходів, яку потрібно витратити для підтримки чи удосконалення системи БЖД у межах окремої системи, і визначається так:



;

де sij ресурсна вартість проведення j-го заходу з i-го комплексу, яка залежить від терміну його реалізації (∆ = 0, 1, 2, …), . Тут ij запланований термін реалізації j-го заходу з i-го комплексу протягом звітного періоду (здебільшого протягом року) ; – усереднене значення коефіцієнта інфляції.

У табл. 4, 5 наведено результати вирішення оптимізаційної задачі для вхідних даних, представлених у табл. 2, 3. Дані з табл. 3 отримані на основі усереднених експертних оцінок ефективності проведення заходів з удос­коналення системи БЖД за формулою:

,

де аij – оцінка експерта за 10-бальною шкалою; m, n – кількості експертів та регіонів.

З результатів розрахунків отримано таку структуру проведення заходів з удосконалення системи БЖД, за якої отримується оптимальне значення інтегрального показника ефективності удосконалення системи БЖД та зводиться до мінімуму ресурсна вартість робіт з проведення цих заходів.
Таблиця 2

Ресурсна вартість проведення заходів з удосконалення системи БЖД, тис.грн



Комплекси

Перелік заходів і-того комплексу (код заходу)




1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Ресурсна вартість j-того заходу з i-того комплексу

1

31,5

28,5

14,0

8,0

31,0

32,0

18,0










163,0

2

9,0

19,0

26,5

19,5

8,0

7,0

33,0

30,0

17,5

16,0

185,5

3

15,0

17,5

9,0

31,0

27,0

10,5

27,0

33,5







170,5

4

11,5

20,5

29,0

22,0

23,0

31,0













137,0

5

10,5

28,0

29,5

12,0

21,0

12,0

19,0

29,0

9,5




170,5




Загальна вартість проведення заходів

826,5

Таблиця 3

Усереднені відносні оцінки експертів щодо

ефективності проведення заходів з удосконалення системи БЖД



Комплекси

Перелікзаходів і-того комплексу (код заходу)



1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

код




Відносна оцінка j-того заходу з i-того комплексу,

1

0,240

0,207

0,146

0,085

0,110

0,134

0,146

0,171










1,000

2

0,194

0,096

0,088

0,079

0,123

0,061

0,114

0,061

0,149

0,132

0,096

1,000

3

0,326

0,170

0,142

0,160

0,123

0,066

0,085

0,142

0,113







1,000

4

0,147

0,152

0,101

0,177

0,165

0,241

0,165













1,000

5

0,093

0,119

0,119

0,097

0,142

0,097

0,097

0,067

0,127

0,134




1,000






Загальна вартість проведення заходів

1,000

Таблиця 4



Інтегральний показник ефективності удосконалення системи БЖД

Комплекси

Перелік заходів і-того комплексу (код заходу)

,


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Відносна оцінка j-того заходу з i-того комплексу

1

0,050

0,035

0,021

0,026

0,032

0,035

0,041










0,240

2

0,019

0,017

---

0,024

0,012

0,022

---

0,029

0,025

0,019

0,167

3

0,055

0,046

0,052

0,040

0,022

0,028

0,046

0,037







0,326

4

0,022

---

0,026

0,024

0,035

---













0,108

5

0,011

---

---

0,013

---

---

---

---

0,012




0,037

Оптимальне значення інтегрального показника

0,856

Таблиця 5



Ресурсна вартість проведення заходів з удосконалення системи БЖД, тис.грн

Комплекси

Перелікзаходів і-того комплексу (код заходу)

,


Відносна оцінка

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10




Вартість проведеня j-того заходу з i-того комплексу

опт.

план.

відх.

1

31,5

28,5

14,0

8,0

31,0

32,0

18,0










163,0

0,296

0,240

5,605

2

9,0

19,0

---

19,5

8,0

7,0

---

30,0

17,5

16,0

126,0

0,229

0,194

3,529

3

15,0

17,5

9,0

31,0

---

10,5

27,0

33,5







143,5

0,261

0,326

-6,467

4

11,5

---

29,0

22,0

23,0

---













85,5

0,155

0,147

0,817

5

10,5

---

---

12,0

---

---

---

---

9,5




32,0

0,058

0,093

-3,484




Загальна вартість проведення заходів

550,0

1,000

1,000

---

Значення коефіцієнта ефективності проведення j-го заходу з i-го комплексу qij може суттєво відрізнятись залежно від території. Тобто, замість коефіцієнта qij слід розглядати коефіцієнт , де t – індекс території, Т – кількість територій. У подібний спосіб необхідно змінити коефіцієнти M, Ni, ri, qij, xij, sij та ij.

У загальному випадку проведення конкретного заходу на межі сусідніх територій впливає на показники ефективності не тільки "власної" території, але й "чужої". У окремому випадку однорідного регіону, для території якого прийняте співвідношення , для всіх t T отримуємо таке визначення показника ефективності удосконалення системи БЖД:

,

де (t) – коефіцієнт пріоритетності t-ї території, – кое­фі­цієнт ефективності проведення i-го комплексу заходів на t-й території. У випадку однакової пріоритетності маємо: (1) = … = (T) = 1/T.

Значення коефіцієнта (t) пріоритетності характеризує, з одного боку, рівень "занедбаності" території (оскільки потрібна значно ширший комплекс заходів), а з іншого – об’єктивну потребу уваги органів управління портфелями проектів, по­роджену зовнішніми випадковими чинниками.

Аналогічно попередньому випадку, сформульовано задачу оптимізації структури заходів для групи регіонів.

У випадку існування P регіонів і за припущення існування у кожному (p-му) з T(p) територій отримуємо таку постановку оптимізаційної задачі:

, (3)

для розглянутого вище обмеження на використання обсягу виділених ресурсів. У задачі (3) індекс p визначає регіон, а коефіцієнт (p) – пріоритетність p-го ре­гі­ону порівняно з іншими (0 < (p) 1), , причому, повинна ви­ко­ну­ва­тись умова нормування . Загальна вартість проведення ком­плексу за­ходів у випадку задачі (3) визначається так: .

Наведену оптимізаційну задачу а також її розширені варіанти неможливо розв’язати стандартними методами лінійного та нелінійного про­грамування через надто велику її розмірність. Тому для успішного розв’язання про­по­нується використовувати методи комбінаторної оптимізації та поетапного звуження інтервалу екстремуму функції мети.

Для підтвердження правильності математичних моделей і алгоритмів, розроблених на їх основі, створено програмне забезпечення і проведено контрольні розрахунки за даними функціонування системи БЖД. Частина їх наведена у табл. 3-5. У процесі порівняння отриманих результатів використовувались лише ті показники, які на практиці застосовуються при реалізації заходів БЖД і отримані у процесі розв’язання відповідних задач.

Встановлено, що отримані результати числового експерименту збігаються зі значеннями реального ресурсного розподілу. А в багатьох випадках ці резуль­тати можуть використовуватись для мінімізації витрат, у першу чергу, фінансових ресурсів.

Для виявлення граничних і аварійних режимів функціонування ви­роб­ни­чих систем при виборі інформаційних технологій для опису структури і мо­де­лі функ­ціо­нування досліджувався процес прийняття рішень. У результаті цьо­го встановлено, що процес прийняття рішення можна розділити на такі фази:



  1. Опис альтернативних варіантів допустимих режимів функціонування та їх узгодження з цільовим завданням, оцінка їх досяжності при вибраній техно­логії на ситуаційні задачі;

  2. Підготовка баз даних з технологічними параметрами, характеристиками ПНО і систем управління;

  3. Побудова оптимізаційної процедури для вибору ефективної стратегії уп­равління у альтернативному інформаційному базисі.

Вибір інформаційної технології синтезу стратегій ґрунтується на використанні методології експертних систем, яка потребує побудови набору правил логічного виводу і прий­няття рішень (рис. 7). Використовувалось дві стратегії виводу. Перша з них StratUV1 полягає у тому, що модель керується даними. А друга StratUV1 – у пара­дигмі, керованій ціллю задачі – управлінні в просторі станів. Відповідно до цього ма­ємо такі етапи розв’язання:
Рисунок 7 – Схема побудови логічного виводу в кризових ситуаціях

  1. Узгодження характеристик задач з вимогами:

,

де dij – характеристики задачі (опис задачі); pij – імовірність відповідності харак­теристики задачі функціональним можливостям CFij системи; c – локальна ціль; f – ваговий коефіцієнт узгодження.



  1. Вибір узгоджених альтернатив:

,

де j – простір альтернатив на розбитті цільового простору системи; n – довжина термінального інтервалу циклу управління, K – розмірність розбиття простору аль­тернатив.



  1. Відповідний вибір специфікацій S з A (загальний простір альтернатив на термінальному часі ліквідації НС) при обмеженнях AC, які виражають структуру цільового простору:

Розроблені також математичні моделі та системи моделей динаміки енер­гоактивних об’єктів, які описують структуру і динаміку функціонування ПНО в умо­вах виробництва. Математична модель ПНО необхідна для синтезу стра­те­гій і алгоритмів управління, оцінювання якості стратегій і можливості коор­динації режи­мів в граничних умовах за допомогою експертної системи, схема якої наведена на рис. 8.



Рисунок 8 – Схема комплексної експертної системи:

КБЗЕ – комплексна база знань, Eii-й експерт, Кiі-та координуюча команда, BZнавчальна база знань, ESit – пристрій відображення ситуації

Комплексна експертна система відображає інформаційні взаємозв’язки експертів-операторів та інформаційних структур при формуванні термінальних оперативних рішень, необхідних для ліквідації загроз.

У випадку складної корпоративної структури з просторовим розміщенням ком­плексна експертна система (рис. 8) для ефективного управління і коор­динації функціонування повинна мати організацію компонентів для кожного ти­пу технічної системи. Тоді інформаційна структура взаємозв’язків знаннєвих по­токів даних, яка є основою ідентифікації структури і режиму ПНО, має такий вигляд (рис. 9).

Рисунок 9 – Структура взаємозв’язків знаннєвих потоків даних:

ДР – джерело ресурсів; ВС – виробнича система; ОУ – об’єкт управління; ДР1 – джерело енергоактивних внутрішніх ресурсів; ІЕ – інформація експерта; ДР2, ДР3 – дані про ресурсні потоки; БЗі – бази предметно-орієнтованих блоків технічних знань; НП – накопичувач продукції




Поділіться з Вашими друзьями:
1   2   3   4   5


База даних захищена авторським правом ©res.in.ua 2019
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка