WWW.PDF.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Разные материалы
 

«ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ПОДДЕРЖКА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В ИССЛЕДОВАНИЯХ И ОБЕСПЕЧЕНИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РОССИИ И ЕЕ РЕГИОНОВ ...»

На правах рукописи

Массель Алексей Геннадьевич

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ПОДДЕРЖКА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ

В ИССЛЕДОВАНИЯХ И ОБЕСПЕЧЕНИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

РОССИИ И ЕЕ РЕГИОНОВ

Специальность 05.13.01 Системный анализ, управление и обработка

информации (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ИРКУТСК 2010

Работа выполнена в Институте систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭМ СО РАН)

Научный руководитель: доктор технических наук Сендеров Сергей Михайлович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор Курганская Галина Сергеевна, кандидат технических наук Каштанов Юрий Борисович

Ведущая организация: Томский политехнический университет (г. Томск)

Защита диссертации состоится « 10 » февраля 2011 г. в 10.00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 218.004.01 при ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет путей сообщения» (ИрГУПС) по адресу: 664074, г.Иркутск, ул. Чернышевского, 15, ауд. А-803.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского государственного университета путей сообщения.

Автореферат разослан « » декабря 2010 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью учреждения, просим направлять в адрес диссертационного совета Д 218.004.01.

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций к.т.н., профессор И.И. Тихий

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность выполненной работы определяется в первую очередь значимостью проблем энергетической безопасности, которая рассматривается как составляющая национальной безопасности, в части защищенности граждан, общества, государства, экономики от угроз дефицита в обеспечении их обоснованных потребностей топливно-энергетическими ресурсами приемлемого качества в различных условиях. В настоящее время для России характерна реализация стратегических угроз энергетической безопасности. Это связано с тем, что сейчас наблюдаются отставание в освоении новых месторождений нефти и газа, низкие темпы обновления оборудования в отраслях топливно-энергетического комплекса (ТЭК), низкие темпы преодоления ценового перекоса между газом и углем, недостаточный уровень инвестиций в отраслях ТЭК, крайне важная доминирующая роль природного газа в топливно-энергетическом балансе европейских районах России при расположении основных регионов потребления в 2,5 – 3 тыс. км от основных мест добычи газа и др. Реализация стратегических угроз энергетической безопасности дополнительно обостряет проблему чрезвычайных ситуаций в энергетике, что, в свою очередь, грозит долговременными масштабными прерываниями в топливо- и энергоснабжении потребителей.

Переход России к новым экономическим отношениям требует быстрого и адекватного анализа ситуаций в условиях изменяющейся, недостаточной и недостоверной информации. С одной стороны, этим требованиям не отвечают традиционные комплексы для исследований проблем энергетической безопасности, использующие технико-экономические модели большой размерности. С другой стороны, несмотря на создание для поддержки принятия решений ситуационных центров и ситуационных комнат, отмечается недостаток интеллектуальных программных средств информационноаналитического обеспечения этих центров и их практическое отсутствие для поддержки принятия решений в области энергетики.

Все вышесказанное обусловливает необходимость создания новых интеллектуальных программных средств для поддержки принятия решений в исследованиях и обеспечении энергетической безопасности, в первую очередь, для качественного анализа слабоструктурированных проблемных ситуаций в энергетике, интеграции новых программных средств с традиционными, разработки информационной технологии их совместного использования, что, в совокупности, подтверждает актуальность диссертационной работы.

В Институте систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН ведутся комплексные исследования систем энергетики, важную роль в них играют исследования проблем энергетической безопасности (ЭБ), под которыми понимаются исследования направлений развития ТЭК России с учетом требований ЭБ.

Методологические основы исследований ЭБ заложены в работах Н.И.

Воропая, С.М. Клименко, Л.Д. Криворуцкого, Г.Б. Славина, С.М. Сендерова, Н.И. Пятковой, В.И. Рабчука, М.Б. Чельцова и др.

В настоящее время в исследованиях преимущественно используется количественный подход к оценке уровня ЭБ, обеспечиваемый применением традиционных программных комплексов. Использование этих программных комплексов, как правило, требует достаточно много времени на подготовку информации, формирование и корректировку информационных моделей, задание чрезвычайных ситуаций (ЧС) и выбор стратегии проведения вычислительных экспериментов. В работе предлагается подход к ситуационному анализу угроз ЭБ и подготовке информации для проведения вычислительного эксперимента, основанный на использовании методов интеллектуальной поддержки исследований, а именно, онтологического, когнитивного и событийного моделирования. Объединение в рамках интеллектуальной ИТ-среды инструментальных средств поддержки этих методов и традиционных программных комплексов позволяет интегрировать методы количественной и качественной оценки уровня ЭБ.

Методика ситуационного анализа (case-study) как исследовательский метод появилась более ста лет назад, исходя из потребностей практических социальных исследований, получила широкое распространение в 70-х – 80-х гг.

прошлого века (Поспелов Д.А. (1971), Клыков Ю.И. (1974), С. О’Доннел, Г.

Кунц (1981) и др.) и продолжала развиваться в 90-х гг. прошлого и начале этого столетия. В настоящее время это направление активно развивается под эгидой Российской академии государственной службы при Президенте РФ (Данчул А.Н., Демидов Н.Н., Райков А.Н., Федулов Ю.Г. и др.).

Вопросы онтологического моделирования рассматривались в работах Т.

Грубера (Gruber T), Н. Гуарино (Guarino N.) и др., в нашей стране - Гавриловой Т.А., Калиниченко Л.А., Когаловского М.Р., Серебрякова В.А., Тузовского В.Ф., Ямпольского В.З. и др. В ИСЭМ СО РАН вопросы онтологического моделирования в энергетике рассматривались в работах Массель Л.В., Ворожцовой Т.Н., Скрипкина С.К., Макагоновой Н.Н., Копайгородского А.Н.

Направление, связанное с событийным моделированием, развивалось Л.Н.

Столяровым и его учениками (Новик К.В., Анисимов М.М. и др.). В качестве математического аппарата для описания событийных моделей используется одна из разновидностей алгебраических сетей – Joiner-сети. В ИСЭМ СО РАН вопросами событийного моделирования в энергетике занимался В.Л.

Аршинский под руководством Л.В. Массель.

Основы когнитивного моделирования были разработаны в свое время Ван Хао (1956 г.), Р. Аксельродом (1976 г.), Д.А. Поспеловым (1981 г.). Это направление получило свое развитие в работах Э.А.Трахтенгерца, и, в частности, активно развивается в Институте проблем управления РАН (Абрамова Н.А., Максимов В.И. и др.) для анализа влияний при управлении слабоструктурированными ситуациями.

Объектом исследования является информационная технология поддержки принятия решений в исследованиях и обеспечении ЭБ страны и ее регионов.

Предметом исследования являются методы когнитивного моделирования и методы построения и интеграции интеллектуальных программных средств и информационной технологии поддержки принятия решений в исследованиях и обеспечении ЭБ страны и ее регионов.

Цель диссертационной работы: разработка методического подхода к созданию информационной технологии интеллектуальной поддержки принятия решений в исследованиях и обеспечении ЭБ России и ее регионов, реализация новых интеллектуальных программных средств и интеграция их с уже существующими.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить анализ предметной области (исследований проблем ЭБ) и существующего инструментария исследований и анализ состояния исследований в области ситуационного анализа в других предметных областях.

2. Определить состав интеллектуальных методов ситуационного анализа и возможности их применения в исследованиях энергетики, исследовать методы когнитивного моделирования как одного из интеллектуальных методов ситуационного анализа проблем ЭБ.

3. Разработать методический подход к созданию технологии интеллектуальной поддержки принятия решений в исследованиях и обеспечении ЭБ.

4. Определить состав компонентов и структуру интеллектуальной ИТсреды для поддержки предлагаемой технологии, предложить подход к интеграции существующего и нового инструментария исследований в рамках интеллектуальной ИТ-среды.

5. Разработать и интегрировать в интеллектуальную ИТ-среду инструментальные средства когнитивного моделирования для исследований проблем ЭБ и экспертную систему, основанную на прецедентах ЧС в энергетике.

Методами и средствами исследования являются: методические основы построения информационных технологий в исследованиях энергетики, методы ситуационного анализа и когнитивного моделирования, методы построения стратегических систем поддержки принятия решений, баз знаний и интеллектуальных систем, методы объектного подхода (анализ, проектирование, программирование).

Новизну составляют и на защиту выносятся впервые предложенные:

1. Методический подход к созданию технологии интеллектуальной поддержки принятия решений в исследованиях и обеспечении ЭБ, включающий:

• обоснование целесообразности совместного применения онтологического, событийного и когнитивного моделирования, как интеллектуальных методов ситуационного анализа проблем ЭБ, позволяющих выполнять качественный анализ возможностей и масштабов реализации угроз ЭБ, развития и последствий ЧС в энергетике;

• концепцию интеллектуальной ИТ-среды, с одной стороны, поддерживающей пространство знаний, включающее онтологические модели и базы знаний прецедентов ЧС в энергетике, когнитивных и событийных моделей, а с другой стороны, интегрирующей инструментальные средства для создания, редактирования, хранения и анализа прецедентов ЧС, событийных и когнитивных моделей;

• методику когнитивного моделирования и методику совместного использования онтологического, когнитивного и событийного моделирования в исследованиях проблем ЭБ.

2. Методические принципы построения и интеграции в интеллектуальную ИТ-среду экспертной системы “Emergency”, основанной на прецедентах чрезвычайных ситуаций в энергетике, и инструментальных средств когнитивного моделирования для исследований проблем ЭБ, обеспечивающих создание, редактирование и анализ когнитивных карт.

3. Двухуровневая технология интеллектуальной поддержки принятия решений в исследованиях и обеспечении ЭБ, интегрирующая выполнение на первом уровне качественного анализа с использованием интеллектуальной ИТ-среды, а на втором - количественного анализа, основанного на проведении многовариантных вычислительных экспериментов с использованием многоагентного программного комплекса ИНТЭК-М.

Практическая значимость. Предложенные методический подход и методические принципы использовались при разработке информационной технологии интеллектуальной поддержки принятия решений в исследованиях и обеспечении ЭБ, инструментальных средств когнитивного моделирования для исследований ЭБ и экспертной системы «Emergency».

Результаты работы применены при выполнении:

• проектов по грантам РФФИ №07-07-00265а и РГНФ №07-02-12112в (2007грантам РФФИ №08-07-00172 (2008-2010) и №10-07-00264 (2010);

• проекта №2.29 «Интеллектуальные информационные технологии для исследования проблемы энергетической безопасности» по гранту Программы Президиума РАН №2 «Интеллектуальные информационные технологии, математическое моделирование, системный анализ и автоматизация» (2009-2010);

• проекта СО РАН № 4.3.1.3 «Разработка методических основ и интеллектуальных компонентов ИТ-инфраструктуры системных исследований в энергетике» в рамках приоритетной программы исследований СО РАН № 4.3.1. «Информационные и вычислительные технологии в задачах поддержки принятия решений» (2007-2009);

• проекта СО РАН № IV.31.2.13 «Методические основы и инструментальные средства интеллектуальной поддержки исследований в энергетике» в рамках приоритетной программы исследований СО РАН № IV.31.2. «Новые ГИС и Веб-технологии, включая методы искусственного интеллекта, для поддержки междисциплинарных научных исследований сложных природных, технических и социальных систем с учетом их взаимодействия»

(2010).

Результаты диссертационной работы были включены в программнотехническое решение «Технология ситуационного анализа и программный комплекс ИНТЭК-М для оценки состояния и направлений развития ТЭК региона с учетом требований ЭБ», поданное в Министерство экономического развития, труда, науки и высшей школы Правительства Иркутской области и признанное Министерством связи и массовых коммуникаций РФ, как одно из пилотных решений для развития электронного правительства в регионах РФ (письмо Минкомсвязи №ИМ-П13-6385 от 07.10.2010 г.).

Апробация работы. Результаты работы докладывались на международной конференции “Cоmputer Science and Information Technologies”, Крит (Греция), 2009 г.; международных конференциях «Информационные технологии в науке, социологии, экономике и бизнесе» (Украина), 2007, 2008, 2010 гг.;

«Интеллектуальные системы принятия решений и проблемы вычислительного интеллекта», Евпатория, 2010 г.; Всероссийской конференции «Проблемы мониторинга окружающей среды», г. Кемерово, 2009 г.; XIII – XV Байкальских Всероссийских конференциях «Информационные и математические технологии в науке и управлении», г. Иркутск, 2008-2010 гг., Всероссийской научнопрактической конференции «Ситуационные центры», г. Москва, РАГС, 2010 г.;

конференции молодых ученых ИСЭМ СО РАН, г. Иркутск, 2010 г., а также на семинарах и заседаниях секций Ученого совета ИСЭМ СО РАН.

Личный вклад. Результаты, составляющие новизну и выносимые на защиту, получены лично автором. В совместных публикациях автору принадлежат результаты, связанные с разработкой методического подхода к созданию технологии интеллектуальной поддержки принятия решений в исследованиях и обеспечении ЭБ, c организацией интеллектуальной ИТ-среды, с когнитивным моделированием в исследованиях ЭБ и реализацией инструментальных средств его поддержки, с разработкой экспертной системы “Emergency”.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, из них 4 [1-4] в журналах, рекомендуемых ВАК РФ для опубликования научных результатов диссертаций на соискание степени кандидата технических наук.

Объем и структура работы. Диссертация объемом 130 стр. состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 95 наименований, четырех приложений, основной текст изложен на 96 стр.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, ставятся цель и задачи исследования, приводятся основные положения работы.

В первой главе работы выполнен анализ предметной области – исследований проблем ЭБ. В целях обеспечения ЭБ необходимо исследовать возможные причины проявления тех или иных негативных воздействий или основных угроз, результатом реализации которых и являются возмущения в работе энергетических систем. Угрозы ЭБ – это совокупность условий и факторов, создающих экстремальные ситуации в системах топливо- и энергоснабжения потребителей, представляющих опасность для нормального функционирования этих систем и способных повлиять на удовлетворение жизненно важных интересов личности, общества и государства. В исследованиях проблем ЭБ выявлены и систематизированы следующие виды текущих угроз: техногенные, экономические, природные, социальнополитические, внешнеэкономические и внешне-политические, управленческоправовые или угрозы, связанные с несовершенством управления.

В исследованиях проблем ЭБ используются методы индикативного анализа1, которые опираются на сравнение фактических значений индикаторов энергетической безопасности с их пороговыми или предельно допустимыми значениями и подготовку на этой основе соответствующих выводов и рекомендаций. Приближение наблюдаемых или рассчитываемых значений индикаторов к их пороговым значениям можно считать сигналом угрозы нарушения или опасного ослабления ЭБ страны либо ее регионов.

Деятельность по обеспечению энергетической безопасности в период чрезвычайных ситуаций включает в себя три вида мероприятий: превентивные, оперативные, ликвидационные. Превентивные мероприятия осуществляются в энергетическом хозяйстве для снижения возможности возникновения и реализации угроз энергетической безопасности, а также для снижения восприимчивости ТЭК и входящих в него систем топливо- и энергоснабжения к различным угрозам. Во время чрезвычайной ситуации и выхода из них проводятся оперативные и ликвидационные мероприятия. Оперативные мероприятия направлены на ограничение потребителей в получении топливноэнергетических ресурсов, либо же отпуск этих ресурсов из специализированных (государственных) запасов. Ликвидационные мероприятия (мероприятия по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций) включают в себя производственно-технические и экономические мероприятия в сферах энергоснабжения, такие же мероприятия в сфере энергопотребления, а также мероприятия в социальной, политической и общеэкономической сфере.

На рис. 1 представлена общая схема исследований по оценке состояния ТЭК в условиях возможных сценариев возмущений с учетом мероприятий, направленных на повышение уровня ЭБ. Здесь S 0 – начальное состояние ТЭК;

Основные положения индикативного анализа разработаны в ИСЭМ СО РАН С.М. Сендеровым, Г.Б. Славиным Ei - сценарий чрезвычайной ситуации; A = AP AQ AL – набор превентивных, оперативных и ликвидационных мероприятий, нейтрализующих или смягчающих последствия чрезвычайной ситуации; S j – состояние ТЭК после чрезвычайной ситуации Ei с учетом реализации набора мероприятий AP и/или AQ ; S k – состояние ТЭК после проведения ликвидационных мер AL.

Рис. 1. Общая схема исследований по оценке состояния ТЭК с учетом требований ЭБ Основная цель вычислительного эксперимента в исследованиях, схематически показанных на рис. 1 – определение инвариантного набора мероприятий A = AP AO AL, выполнение которых в условиях нормального функционирования позволит минимизировать и/или предотвратить последствия наибольшего числа возможных чрезвычайных ситуаций.

Далее в главе рассмотрены существующие подходы и инструментальные средства исследований направлений развития ТЭК. Рассматриваются программные средства, разработанные в ИСЭМ СО РАН, в Институте энергетических исследований (ИНЭИ) РАН, а также зарубежные разработки в области моделирования систем энергетики, в том числе, разработки департамента энергетики США.

Одна из последних разработок в области программного обеспечения для поддержки проведения исследований направлений развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности в ИСЭМ СО РАН – мультиагентный программный комплекс ИНТЭК-M, который, в свою очередь, является результатом развития ПК «ИНТЭК»2.

В работе рассматривается ситуационный анализ, как составляющая системного анализа. Задачей ситуационного анализа является выявление параметров и существенных факторов, или «обстоятельств», определяющих Программные комплексы разработаны сотрудниками лаборатории информационных технологий ИСЭМ СО РАН Е.А. Болдыревым (ПК ИНТЭК) и Д.А. Фартышевым (ПК ИНТЭК-М) под руководством д.т.н. Л.В. Массель.

ситуацию, взаимосвязей между факторами и степени их взаимовлияния. Под ситуацией понимается совокупность обстоятельств, определяющих внутреннее состояние объекта или системы, и обстоятельств, определяющих состояние окружающей среды по отношению к данному объекту или системе. Первые описываются параметрами, характеризующими состояние системы, вторые – условиями окружающей среды или существенными факторами, влияющими на развитие системы. Cитуационное моделирование заключается в моделировании ситуаций и перехода из одной ситуации в другую. Ситуационный анализ включает: анализ проблемных ситуаций (например, ЧС в энергетике);

выявление путей разрешения проблемных ситуаций (альтернатив) (в нашем случае – выбор из множества A = AP AQ AL, описанного выше); определение критериев оценки альтернатив (например, экономических); анализ альтернатив;

выбор и реализацию наилучшей альтернативы.

Выполнен аналитический обзор современных подходов к ситуационному анализу. Анализируются работы в области создания ситуационных центров в России, отмечается роль Российской академии государственной службы (РАГС) при Президенте РФ. Констатируется, что в докладах ведущих специалистов на конференциях «Ситуационные центры», проводимых РАГС, отмечается недостаток интеллектуальных программных средств информационно-аналитического обеспечения ситуационных центров.

Проведен анализ существующих инструментальных средств онтологического3, событийного4 и когнитивного моделирования, и обосновываются актуальность и необходимость разработки инструментальных средств поддержки этих видов моделирования в составе интеллектуальной ИТсреды для ситуационного анализа в исследованиях ЭБ.

Глава завершается постановкой проблемы создания средств интеллектуальной поддержки принятия решений в исследованиях и обеспечении энергетической безопасности и детализацией поставленных задач.

Во второй главе описывается предлагаемый автором методический подход к решению поставленной проблемы. В качестве основных интеллектуальных методов ситуационного анализа в исследованиях и Под онтологическим моделированием понимается построение онтологий, как в графическом, так и формализованном виде. Онтологии определяют как базу знаний специального вида (Т.А Гаврилова), или как «спецификацию концептуализации» предметной области (Т. Грубер).

Под событийным моделированием понимается построение поведенческих моделей. При этом предполагается, что система состоит из элементарных объектов (сущностей), а взаимодействие объектов описывается их реакцией на внешние и внутренние события. Суть событийного моделирования заключается в отслеживании на модели последовательности событий в том же порядке, в каком они происходят или могут происходить в реальной системе (Столяров Л.Н., Анисимов М.М., Аршинский В.Л.) обеспечении энергетической безопасности рассматриваются методы онтологического, когнитивного и событийного моделирования (рис. 2).

Рис. 2. Взаимосвязь интеллектуальных методов ситуационного анализа.

Обосновывается целесообразность их совместного использования для целей ситуационного анализа в исследованиях энергетической безопасности.

Автором определен состав пространства знаний исследований ЭБ, которое включает онтологические модели знаний в области исследований ЭБ и базы знаний, содержащие когнитивные модели стратегических угроз ЭБ, описания прецедентов ЧС и событийные модели развития и последствий ЧС в энергетике (рис. 3).

ИТ-среда описывается как некоторое множество VIT = {O, E, M C, M S } TV, где {O} – множество онтологий, {E} – множество описаний прецедентов чрезвычайных ситуаций, {M C } – множество когнитивных моделей, {M S } – множество событийных моделей, TV - инструментальные средства поддержки ИТ-среды, включающие средства описания знаний, представленных в виде онтологий, когнитивных и событийных моделей и средства оперирования ими.

Рис. 3. Пространство знаний, поддерживаемое интеллектуальной ИТ-средой

–  –  –

Далее в главе рассматриваются онтологии, как классификатор предметной области и вспомогательный инструмент для когнитивного моделирования, приводятся примеры онтологий.

Непосредственной задачей автора является разработка методов и инструментальных средств когнитивного моделирования в исследованиях проблем ЭБ и их интеграции с вышеуказанными методами в рамках интеллектуальной ИТ-среды.

Под когнитивным моделированием понимается построение когнитивных моделей, или, иначе, когнитивных карт (ориентированных графов), в которых вершины соответствуют факторам (концептам), а дуги – связям между факторами (положительным или отрицательным), в зависимости от характера причинно-следственного отношения5.

Автором выполнена постановка задачи когнитивного моделирования для исследований энергетической безопасности и ее математическая формализация (приводится ниже).

Общая когнитивная модель имеет следующий вид. Заданными являются множество угроз безопасности {U } и совокупность индикаторов Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка принятия решений.- М.: СИНТЕГ, 1998. – 376 с.

энергетической безопасности {I }, определяющих внутреннее состояние энергетической системы и возможные влияния внешней среды (возмущения).

Каждая из угроз реализуется вследствие сочетания ряда факторов, влияющих на возникновение чрезвычайной ситуации. Индикаторы определяют уровень энергетической безопасности, при этом должно выполняться соотношение I n I j I c, где I n – значение индикатора, определяющее нормальный уровень энергетической безопасности, I j – текущее значение индикатора, I c – значение индикатора, определяющее кризисный уровень безопасности.

Искомыми являются:

множество факторов {C}, влияющих на развитие энергетической системы (или на развитие чрезвычайной ситуации в ней);

множество связей {R} между факторами, характер влияния факторов друг на друга (знак связи Ri, j между факторами Ci и C j );

степень взаимовлияния факторов, т.е. множество весовых коэффициентов связей {W } ;

взаимосвязь факторов Ci с угрозами энергетической безопасности U k и индикаторами энергетической безопасности I j.

Знак связи Ri, j определяется по следующему правилу:

связь Ri, j положительная, если увеличение фактора Ci приводит к увеличению фактора C j, или уменьшение фактора Ci приводит к уменьшению фактора C j ;

связь Ri, j отрицательная, если уменьшение фактора Ci приводит к увеличению фактора C j, или увеличение фактора Ci приводит к уменьшению фактора C j.

Назначение связям Ri, j весов Wi, j, определяющих степень влияния фактора C i на фактор C j, позволяет определить суммарный вклад факторов в создание чрезвычайной ситуации.

Автором предложена методика построения когнитивных карт для ситуационного анализа в исследованиях энергетической безопасности, включающая следующие этапы:

1. Выявление основных факторов – концептов, влияющих на развитие ТЭК или энергетической системы (ЭС) страны либо ее региона.

2. Установление причинно-следственных связей между факторами, расстановка весов этих связей и построение когнитивной модели ТЭК или ЭС (страны либо региона). В простейшем случае, веса могут иметь значения +1 или -1.

3. Выявление стратегических угроз – факторов, негативно влияющих на развитие ТЭК/ЭС или на развитие чрезвычайной ситуации в ТЭК/ЭС.

4. Определение факторов – превентивных, оперативных и ликвидационных мероприятий, влияющих на сценарии развития ТЭК/ЭС, непосредственно для каждой угрозы.

5. Изменение весов (или знаков) причинно-следственных связей, в зависимости влияния угроз и мероприятий на факторы развития ТЭК/ЭС.

Далее в главе рассматривается совместное использование онтологического, когнитивного и событийного моделирования.

Методика совместного использования онтологического, когнитивного и событийного моделирования, предложенная автором, включает следующие этапы:

1. Построение онтологии или ее извлечение из онтологического пространства знаний.

2. Построение когнитивной модели угроз энергетической безопасности.

3. Построение типовой событийной карты развития ЧС (или переход от когнитивной карты к событийной).

4. Конкретизация типовой событийной модели.

5. Переход от когнитивных и/или событийных моделей к вычислительному эксперименту с использованием ПК ИНТЭК-М.

Применение предложенной методики иллюстрируется на примере техногенной угрозы: аварии, взрывы, пожары (АВП) в газовой отрасли.

На первом этапе разрабатывается (или используется построенная ранее) онтология газовой отрасли. На втором этапе строится когнитивная карта (один из примеров когнитивных карт для угрозы АВП показан на рис. 4).

Из рисунка видно, что увеличение добычи/производства энергоресурсов C1 требует увеличения объемов транспорта C3 (если C1 :=, то C3 := );

уменьшение их приводит к снижению мощности объекта ТЭК C 4 (если C1 := C 3 :=, то C 4 := ; связи положительные, т.к. явления одного знака); рост потребления энергоресурсов C7 требует повышения мощности объектов ТЭК C 4 или увеличения объемов добычи/производства энергоресурсов C1 ( если C 7 :=, то необходимо, чтобы C 4 := C1 := ). Увеличение запасов топливно

–  –  –

Техногенная угроза (АВП) U отрицательно отражается как на энергетических, так и транспортных объектах, снижая как мощность первых C 4 и объемы транспорта C3, так и объемы потребления топливно-энергетических ресурсов C7 (если U :=, то C4 := C3 := C7 := ); при выходе из строя объектов ТЭК увеличение потребления C7 приводит к уменьшению запасов C 2 ( если C 7 :=, то C 2 := ); уменьшение этих запасов ниже нормы C6 может, в свою очередь, привести к возникновению чрезвычайной ситуации.

Управляющее воздействие AL, с одной стороны, может включать в себя ликвидационные меры, а с другой стороны, может быть направлено на восстановление нормативных запасов топливно-энергетических ресурсов C6.

По результатам анализа когнитивных карт строятся матрицы отношений концептов, которые впоследствии могут быть использованы для автоматизации анализа когнитивных карт. Пример такой матрицы для когнитивной карты на рис. 4 приведен в табл. 1 (отношения характеризуются знаками +, –, в случае отсутствия взаимовлияния концептов ставится 0).

Табл. 1. Матрица отношений концептов техногенной угрозы

–  –  –

При назначении связям весовых коэффициентов, определяющих степень влияния одного фактора на другой, возможно определять суммарный вклад факторов в создание ЧС, и, таким образом, ранжировать ЧС по степени их опасности и возможных последствий, а также предлагать превентивные мероприятия, направленные на предотвращение ЧС.

На третьем этапе методики на основе когнитивной модели, представленной на рис. 4, может быть построена типовая событийная карта (графическое изображение событийной модели) развития ЧС после реализации угрозы АВП для разных отраслей ТЭК.

На четвертом этапе, с использованием уже упоминавшейся ранее онтологии газовой отрасли ТЭК, можно выполнить конкретизацию событийной модели угрозы АВП для газовой отрасли. При конкретизации уточняются, например, вид объекта ТЭК (подземное хранилище газа), вид транспортной магистрали (газопровод), меры по восстановлению газовой отрасли и так далее.

На пятом этапе результаты когнитивного и событийного моделирования передаются в многоагентный ПК ИНТЭК-М.

В заключение второй главы приводятся методические принципы разработки экспертной системы прецедентов ЧС в энергетике «Emergency», определяющие использование фреймовой модели представления знаний, разработку ЭС в Java-технологии, дружественный интерфейс, режимы использования ЭС и возможности ее развития. Предлагается использовать результаты анализа ЧС для выявления типовых (наиболее часто встречающихся ЧС) как первоочередных претендентов для когнитивного моделирования.

В третьей главе рассмотрены методические принципы построения и разработка инструментальных средств интеллектуальной ИТ-среды и технологии интеллектуальной поддержки принятия решений в исследованиях и обеспечении ЭБ с ее использованием.

Принято решение о создании инструментальной среды, а не монолитного программного комплекса, с тем, чтобы обеспечить гибкое использование инструментальных средств, как отдельных, так и в различных сочетаниях, с одновременным уменьшением функциональной сложности в каждом конкретном случае. Кроме того, обеспечивается возможность привлечения эксперта для анализа выходной и корректировки входной информации при переходе от одного инструментального средства к другому, учитывая, что полная автоматизация предложенной схемы (рис. 5) нецелесообразна.

Автором предложена двухуровневая информационная технология исследований энергетической безопасности, в которой на первом (верхнем) уровне с использованием методов ситуационного анализа при поддержке интеллектуальной ИТ-среды будет выполняться качественный анализ (экспресс-анализ) возможных и выбор рациональных вариантов для проведения вычислительного эксперимента, а далее генерируется схема вычислительного эксперимента, который выполняется на втором (нижнем), более детальном уровне с использованием многоагентного программного комплекса ПК ИНТЭК-М. В рамках предлагаемой технологии обеспечивается интеграция количественного и качественного анализа.

Предложен подход к интеграции интеллектуальной ИТ-среды для ситуационного анализа в исследованиях проблем ЭБ и многоагентного ПК ИНТЭК-М, основанный на использовании репозитария ИТ-инфраструктуры исследований в энергетике, разработанной в ИСЭМ СО РАН. На рис. 5 приведена схема взаимосвязей инструментальных средств интеллектуальной ИТ-среды. Основой разработки инструментальных средств когнитивного и событийного моделирования является среда графического моделирования GrModeling6. Первоначально на основе GrModeling была реализована библиотека событийного моделирования EventMap7. Для обеспечения концептуального единства интеллектуальной ИТ-среды и совместимости с ранее разработанными средствами автором, также на основе GrModeling, разработана библиотека CogMap для работы с когнитивными картами.

Для анализа, просмотра, сохранения и накопления знаний о чрезвычайных ситуациях под руководством и при участии автора разработана экспертная система (ЭС) «Emergency», которая позволяет экспертам (ЛПР) Разработана сотрудником лаборатории информационных технологий ИСЭМ СО РАН, к.т.н. А.Н. Копайгородским.

Разработана сотрудником той же лаборатории, к.т.н. В.Л. Аршинским.

проанализировать прецеденты чрезвычайных ситуаций и использовать результаты анализа для построения когнитивных карт типовых чрезвычайных ситуаций.

Рис. 5. Схема взаимосвязей инструментальных средств интеллектуальной ИТ-среды.

В базе знаний ЭС прецеденты чрезвычайных ситуаций отображены с помощью трех типов фреймов: ES_DATA (дата ЧС), ES_PLACE (место ЧС), ES_DESCRIPTION (описание ЧС). Из базы знаний можно извлечь сведения о наиболее часто встречающихся ЧС, о мерах, принятых для ликвидации и о масштабе ЧС, которые могут быть использованы при построении когнитивных карт. Сейчас база знаний включает около 650 прецедентов ЧС в энергетике. ЭС «Emergency» (рис.6) разработана в обoлочке Jess (расширение Clips для Java).

–  –  –

Рис. 7 иллюстрирует передачу информации в рамках информационной технологии поддержки принятия решений в исследованиях и обеспечении ЭБ.

Рис. 7. Информационная технология интеллектуальной поддержки принятия решений в исследованиях и обеспечении ЭБ.

Обозначения к рис. 7: {O} – множество онтологий, {E} – множество описаний прецедентов чрезвычайных ситуаций, {M C } – множество когнитивных моделей, {M S } – множество событийных моделей, {DI } – информация, необходимая для поддержки принятия решений при выборе стратегии проведения вычислительного эксперимента, {DR } - информация, полученная в результате проведения вычислительных экспериментов и предназначенная для поддержки принятия решений в области обеспечения энергетической безопасности, P – программный комплекс для проведения вычислительных экспериментов (обоснования вариантов развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности), Э - экспертисследователь, ЛПР – лицо, принимающее решения.

Информация формируется в результате применения {DI } интеллектуальной ИТ-среды. Она может использоваться либо для формирования необходимых вариантов расчетов с помощью ПК ( P ), либо непосредственно для поддержки принятия решений ЛПР. Кроме того, эксперт может корректировать эту информацию в ходе проведения вычислительного эксперимента, а также интерпретировать результирующую информацию {DR }, которая передается ЛПР.

Программные средства поддержки предложенной информационной технологии рассматриваются, с одной стороны, как инструмент поддержки принятия решений при выборе стратегии проведения вычислительного эксперимента в исследованиях энергетической безопасности, а с другой, как прототипы компонентов системы поддержки принятия решений в области обеспечения энергетической безопасности России и ее регионов.

В заключении приведены основные результаты работы.

1. Выполнены анализ предметной области (исследований энергетической безопасности), существующего инструментария исследований и состояния исследований в области ситуационного анализа, сформулирована постановка проблемы создания средств интеллектуальной поддержки принятия решений в исследованиях и обеспечении ЭБ.

2. Определены состав интеллектуальных методов ситуационного анализа и возможности их применения в исследованиях энергетики, исследованы методы когнитивного моделирования как одного из интеллектуальных методов ситуационного анализа проблемы ЭБ, выполнены постановка задачи когнитивного моделирования в исследованиях проблем ЭБ и ее математическая формализация.

3. Разработан методический подход к созданию технологии интеллектуальной поддержки принятия решений в исследованиях и обеспечении ЭБ, включающий:

• обоснование целесообразности совместного применения онтологического, событийного и когнитивного моделирования, как интеллектуальных методов ситуационного анализа проблем ЭБ, позволяющих выполнять качественный анализ возможностей и масштабов реализации угроз энергетической безопасности, развития и последствий ЧС в энергетике;

• концепцию интеллектуальной ИТ-среды, с одной стороны, поддерживающей пространство знаний, включающее онтологические модели и базы знаний прецедентов ЧС в энергетике, когнитивных и событийных моделей, а с другой стороны, интегрирующей инструментальные средства для создания, редактирования, хранения и анализа прецедентов ЧС, событийных и когнитивных моделей;

• методику когнитивного моделирования и методику совместного использования онтологического, когнитивного и событийного моделирования в исследованиях проблем ЭБ.

4. Разработаны методические принципы построения, реализованы и интегрированы в интеллектуальную ИТ-среду экспертная система “Emergency”, основанная на прецедентах ЧС в энергетике, и инструментальные средства когнитивного моделирования, обеспечивающие создание, редактирование и анализ когнитивных карт.

5. Предложена двухуровневая технология интеллектуальной поддержки принятия решений в исследованиях и обеспечении ЭБ, интегрирующая выполнение на первом уровне качественного анализа с использованием интеллектуальной ИТ-среды, а на втором - количественного анализа, основанного на проведении многовариантных вычислительных экспериментов с использованием многоагентного программного комплекса ИНТЭК-М.

6. Результаты диссертационной работы применены в проектах по грантам РФФИ №07-07-00265а и РГНФ №07-02-12112в (2007-2009гг.), грантам РФФИ № 08-07-00172 (2008-2010) и 10-07-00264 (2010); проекта №2.29 по гранту Программы Президиума РАН №2 (2009-2010); проекта СО РАН № 4.3.1.3 в рамках приоритетной программы исследований СО РАН № 4.3.1.

(2007-2009); проекта СО РАН № IV.31.2.13 в рамках приоритетной программы исследований СО РАН № IV.31.2. (2010 г.).

7. Результаты диссертационной работы включены в состав программнотехнического решения, поданного в Правительство Иркутской области и признанного Министерством связи и массовых коммуникаций РФ, как одно из пилотных решений для развития электронного правительства в регионах Российской Федерации.

В Приложениях 1-4 приведены перечень угроз ЭБ и мероприятий, фрагменты листингов программ и документы, подтверждающие п. 7.

Список публикаций по теме диссертации

1. Массель А.Г. Методологический подход к организации интеллектуальной поддержки исследований проблемы энергетической безопасности / «Информационные технологии». –№9. – 2010. – С. 32-36.

2. Массель А.Г. Когнитивное моделирование угроз энергетической безопасности / Горный информационно-аналитический бюллетень (научнотехнический журнал), отдельный выпуск №17. – М.: Изд-во «Горная книга», 2010. – С. 194 – 199.

3. Массель А.Г., Аршинский В.Л. Применение когнитивного моделирования для ситуационного анализа проблемы энергетической безопасности. //

Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. – Иркутск:

ИрГУПС, 2008. – Спецвыпуск. – С. 75–80.

4. Аршинский В.Л., Массель А.Г., Сендеров С.М. Информационная технология интеллектуальной поддержки исследований проблем энергетической безопасности / Вестник ИрГТУ. - № 7 (47). – 2010. – С. 8Массель Л.В., Горнов А.Ю., Массель А.Г. Интеллектуальная распределенная система для ситуационного анализа региональных проблем / Материалы XXXIV Международной конференции «Информационные технологии в науке, социологии, экономике и бизнесе». Приложение к журналу «Открытое образование».- Украина, Ялта-Гурзуф, 2007.-.- Москва: МГАПИ. - С. 34-36.

6. Массель Л.В., Аршинский В.Л., Массель А.Г., Фартышев Д.А.

Интеллектуальная информационная система для ситуационного анализа проблемы энергетической безопасности // Информационные технологии в науке, социологии, экономике и бизнесе / Приложение к журналу «Открытое образование».- Украина (Ялта-Гурзуф).– 2008. - C. 45-48.

7. Massel A.G. Cognitive modeling of energy security treats / Proceedings of the 11th International Conference “Cоmputer Science and Information Technologies”, vol. 1, 2009.- Greece, Crete. - P. 78-80.

8. Макагонова Н.Н., Массель А.Г. Возможности применения ситуационного анализа при исследовании проблемы энергетической безопасности // Информационные и математические технологии в науке и управлении / Труды XIII Байкальской Всероссийской конференции «Информационные и математические технологии в науке и управлении». Том 2. – Иркутск:

ИСЭМ СО РАН, 2008. – С. 236-240.

9. Аршинский В.Л., Массель А.Г., Фартышев Д. А. Мультиагентный программный комплекс для исследований проблемы энергетической безопасности / Труды XIV Байкальской Всероссийской конференции «Информационные и математические технологии в науке и управлении», ч.

III, 2009. – Иркутск: ИСЭМ СО РАН.- С. 283-289.

10.Массель А.Г. Интеллектуальная ИТ-среда для исследований проблемы энергетической безопасности /Труды Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе», Гурзуф, 2010. – С. 306-309.

11.Массель Л.В., Аршинский В.Л., Массель А.Г. Интеллектуальные информационные технологии поддержки принятия решений в исследованиях и обеспечении энергетической безопасности/ Труды Международной конференции «Интеллектуальные системы принятия решений и проблемы вычислительного эксперимента», Евпатория, 2010. – 192-196.

12.Массель А.Г. Интеллектуальная поддержка исследований проблемы энергетической безопасности. Системные исследования в энергетике/ Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН, вып. 40. - Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2010. - С. 227 – 234.

Отпечатано в ИСЭМ СО РАН 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 130.

Похожие работы:

«УДК 800:159.9 НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ ВОСПРИЯТИЯ А.О. Сошников Ассистент кафедры профессиональной коммуникации и иностранных языков e-mail: alexandersoshnikov@rocketmail.com Курский государственны...»

«Корихин Н.В., Эйгенсон С.Н. Исследование концентрации напряжений. УДК 621.882.082 : 539.4 Исследование концентрации напряжений в некоторых ответственных деталях гидромашин Н.В. Корихин,...»

«ХИМИЯ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ. 2011. №3. С. 173–178. УДК 663.32 ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЛОДОВ УССУРИЙСКОЙ ГРУШИ В ВИНОДЕЛИИ Г.С. Гусакова*, С.Н. Евстафьев © Иркутский государственный технический университет, ул. Лермонтова, 83, Иркутск, 664074 (Р...»

«Вып. 99-1 ИС N 6 т. 3 2 ОСОБЕННОСТИ инновационного процесса в России: Обзор текущей литературы. Научно-технический прогресс, признанный во всем мире в качестве важнейшего фактора экономического развития, все чаще и в...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уфимский государственный авиационный техни...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФГБОУ ВПО Уральский государственный лесотехнический университет Кафедра менеджмента и внешнеэкономической деятельности предприятия Одобрена: Утверждаю: кафедрой менеджмента и ВЭД предприятия протокол № 1 от 2 сентября 2013 г. Декан ФЭУ В.П. Часовских Зав. Кафедрой _В.П. Часовск...»

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ –––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––– В.Л. Кузнецов МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ Часть 1 Москва –2003 Рецензенты: д-р. техн. наук, профессор Камзолов С.К. д-р. техн. наук, профессор Крупенников С.А., Кузнецов В.Л. Математическое моделирование: Учебно...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ ИНСТИТУТ ХОЛОДА И БИОТЕХНОЛОГИЙ Ю.Г. Базарнова МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СЫРЬЯ И ГОТОВОЙ П...»





















 
2017 www.pdf.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - разные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.