Геловани В.А. и др. Интеллектуальные системы поддержки принятия решений в нештатных ситуациях

Подождите немного. Документ загружается.

5.3.

Краткое описание особенностей предметной области

161

Сведения

об

объектах

'— ,

Объект

Количествеш1Ые

сведения о состоя-

нии природной

среды

. >

СФЕРЫ

Воздух

Вода

Земля

Биосфера

»_:

климат

текущие

пропюз ^

Качествен-

ные сведения

0 состоянии

ириродной

среды

' '

Перечень

мероприятий

онера-

тив-

ные

так- страте-

тиче-

гические

ские

Рис.

5.2.

Организационная схема передачи сведе-

ний

о природных

ситуациях

для

принятия решений

выдается первое предупреждение. Руководители объектов после первого

предупреждения должны начать подготовку объекта с целью уменьше-

ния влияния условий среды. При ожидании определенных явлений,

их прохождении и после прохождения выполняются свои комплексы

мероприятий. Мероприятия, которые выполняются на объектах в зави-

симости от сложившихся условий среды, имеющейся прогностической

или климатической информации, составляются на основе опыта ЛПР

и рекомендаций ученых. Таким образом, зная значения гидрометеороло-

гических параметров, в том числе их прогностические и климатические

значения, их вероятность, опасности, которым подвергаются объекты

и критерии выработки решений, можно получить перечень мероприя-

тий

—

рекомендаций для выполнения на каждом объекте.

При ограничении времени и материальных ресурсов, которые могут

быть выделены на решение задачи предотвращения последствий стихий-

ных бедствий, важнейшим вопросом является обоснование приоритетно-

сти рекомендуемых мер. Приоритет должен быть отдан мероприятиям,

которые обеспечивают безопасность людей.

Из систем сбора и прикладной обработки гидрометеорологичес-

ких данных и прогноза гидрометеоусловий поступают текущие, прогно-

стические и климатические значения гидрометеорологических параме-

тров,

включая статистические и вероятностные характеристики. На вы-

ход системы — перечень мероприятий по предотвращению ущерба или

увеличению эффективности функционирования предприятий. В состав

162 Глава 5.

Системы поддержки принятия решений

информационной базы входят база знаний с формализованными пер>еч-

нями мероприятий, справочные сведения о тактико-технических данных,

количестве и размещении оборудования, включая основные силы и сред-

ства, необходимая вспомогательная техника и людские ресурсы, которые

привлекаются на период стихийньпс бедствий из других сфер деятельно-

сти,

рис 5.3.

Принятию решений присущи следующие компоненты:

• цель, для удовлетворения которой осуществляется принятие реше-

ния;

• варианты решения (стратегии, альтернативы);

• возможности оценки вариантов решений и их сравнения по различ-

ным критериям.

К процессу принятия решений предъявляются следующие требова-

ния: оперативность принятия решений; простота, удобство, достовер-

ность; наглядность, обозримость и информативность выходных резуль-

татов.

Процессы принятия решений отличаются друг от друга в зависимости

от той позиции, которую занимает элемент системы управления в вер-

тикальной лестнице иерархии, согласно которой осуществляется упра-

вление экономикой, также как и в соответствии с различными этапами

горизонтальной шкалы времени плана развития процессов. Этапы акта

решений представляют собой иерархическую структуру многослойной си-

стемы принятия решений, причем результаты нижнего слоя используются

на более высоких уровнях принятия решений.

Неполнота описания объекта объясняется тем, что неформализован-

ная информация об объекте собирается по частям от экспертов, которые,

не будучи специалистами по системам управления, не могут получить тот

уровень полноты описания, который нужен специалисту по управлению.

При этом руководители различного ранга, ответственные за отдельные

участки работ, дают оценки с разных точек зрения.

Функционирование объектов происходит в установившемся или пе-

реходном режимах. Различают нормальный режим работы объекта, т. е.

в нормальных условиях с нормальными показателями качества и отсут-

ствием аварий; утяжеленный режим, т. е. работу объекта с ухудшенными

показателями под воздействием природной среды, когда существует по-

вышенная опасность аварийных нарушений схемы и режима; аварийный

режим, т. е. работу объекта при чрезвычайных ситуаций; послеаварийный

режим, т. е. состояние объекта после воздействий среды.

Нормальный

режим. При этом СППР используется для коррекции

запланированных состояний и режимов работы объекта. Эта коррекция

выполняется для создания лучшего режима работы объекта при неболь-

ших отклонениях состояния природной среды от нормы.

Утяжеленный

режим.

В этом режиме первоочередная задача — вы-

явление возможных воздействий среды на объект и рекомендаций ЛПР,

направленных на уменьшение этих воздействий, или предотвращение,

или использование для улучшения работы объекта.

5.3. Краткое описание особенностей предметной области

163

Рекомендации

по предотвра-

щению СГЯ

Сведеш1я

об объекте

Определение

объектов,

на

которые

влияет среда

Наблюдения, сбор,

обработка

Представление

данных в виде

полей физических

продессов

Выделение районов

со стихийными

бедствиями

Определение объектов

находящихся

в зоне СГЯ

Прогноз условий

Выдача рекомендаций

по управлению

объектом

Передача рекоменда-

ций по телефону, факсу,

телекоммуникациям

Прием рекомендаций

Принятие решений

Рис. 5.3. Схема выдачи оповещений и рекомендаций

164 Глава 5.

Системы поддержки

принятия решений

Аварийный режим. В этом режиме (природные явления, авария,

другие ЧС, создающие угрозу повреждения объекта) от СППР требуется

вьщача информации ЛПР о его немедленных действиях.

Послеаварийный режим. В этом режиме основные мероприятия по ли-

квидации последствий аварий и скорейшему переходу к нормальной

эксплуатации объекта осуществляются ЛПР. Задача СППР организовать

своевременную и полную обработку необходимой информации с це-

лью определения состояния объекта и вьщачи ЛПР надлежащих реко-

мендаций.

ЛПР регулирует технологические процессы, обеспечивающие мини-

мум затрат на учет природных явлений. ЛПР должен:

• получать как общую и достаточно полную информацию о состоянии

природной среды, так и прогностическую, текущую информацию

о состоянии среды в данный момент времени;

• достаточно быстро перерабатывать эту информацию для определения

превентивных действий (правильных распоряжений, заданий персо-

налу),

неискаженно передавать информацию о возможных воздей-

ctBHHX и необходимых мероприятиях руководителям низшего звена

или устройствам телеуправления для реализации команд на местах;

• иметь обратные связи (в удобном для быстрого понимания виде)

для контроля за выполнением указанных сигналов или действий

и их результатами, для корректировки сигналов в случае необхо-

димости, а также регистрировать и анализировать работу объекта;

прогнозировать и планировать режим работы объекта.

Подготовка решения — это формулирование целей, определение

содержания задач, обеспечение достижения целей, выявление способов

решения задач. Обоснование решения предполагает отсеивание нерацио-

нальных вариантов и отбор одного или нескольких, обладающих преиму-

ществом по заданному критерию. Принятие решения представляет собой

процесс, в результате которого руководитель или лицо, принимающее ре-

шение, выбирает единственный вариант и одобряет его для реализации.

В основу логической структуры человеко-машинного управления

объектом положены следующие принципы: модульности процессов упра-

вления, базирующийся на гипотезе модульности процессов мыслительной

деятельности при анализе состояния, поиске и принятии управляющих

решений; логической последовательности этапов оперативного управле-

ния (заключается в том, что из всех состояний, возникающих на объ-

екте,

человек путем анализа выделяет множество проблем, достойных

внимания с точки зрения решения задач управления). В найденном мно-

жестве проблем он в первую очередь пытается выделить те проблемы,

которые требуют его вмешательства в процессе управления. Для каждой

из таких ситуаций человек, проведя анализ причин ее возникновения,

ставит цели и ищет множество управляющих решений, реализация ко-

торых на объекте позволила бы устранить данную ситуацию. Далее,

каждое из найденных решений ЛПР пытается оценить с точки зрения

его эффективности. И, уже имея решения вместе с оценками их эффек-

тивности, ЛПР принимает одно из них, которое и реализует на объекте

5.3. Краткое описание особенностей предметной области 165

Таблица 5.3

Основные этапы выработки решения

Этапы выработки

решения

Анализ обстановки

Обоснование

Принягис решения

Результаты рабсугы

Вывод о необхо-

димости принятия

решения

Определение цели

действий

Выбор варианта

действий

Материализован-

ные приказы и рас-

поряжения

Работы по повыпюнию оперативности

Ускорегше доведения сведений до ЛПР

Обобщение сведений

Сопоставление новых сведений с посту-

пившими ранее

Прогноз дальнейшего развития событий

Формирование комментариев

Оформление сообщений в форме,

удобной для быстрого и правильного

восгфиягшя сложившейся обстановки

Переработка да1шых для оценки и вы-

бора лучшего варианта

Ускорение гфоцесса формирования

и вьшачи сгфавочных данньгх

Выдача вариаггтов рекомендаций

Оформление результатов промежуточ-

ных вариантов с комментариями в фор-

ме удобной для анализа

Автоматизация процесса оформления

приказов, распоряжений и т п

Автоматизация учета отданных распоря-

жений

Каждая такая реализация обязательно контролируется, в смысле оцен-

ки ее результативности, наблюдаемости, которая основана на том, что

у человека в процессе анализа состояния, поиска и принятия решений

всегда в памяти остается след, по которому можно восстановить, видо-

изменить и объяснить как логику рассуждений человека при решении

задач управления, так и информацию, на основе которой строились эти

рассуждения. Каждый такой след будем называть трассой, а процесс его

восстановления, видоизменения и объяснения трассировкой или объяс-

нением. Источниками нечеткости при принятии решений являются:

• элементы ситуационньгх данных, критерии и Офаничеиия, пред-

ставленные на естественном языке; качественные характеристики

в оценке свойств объектов; значения гидрометеорологических пара-

метров, определенных с ограниченной точ110Стью;

• недостаток информации по отдельным географическим районам;

• использование субъективных шкал оценок;

• применение экспертных оценок и разброс во мнениях экспертов;

166

Глава 5.

Системы поддержки принятия решений

• отсутствие адекватных экономико-математических моделей или их

сложность;

• отсутствие четких критериев оценки ситуаций;

• слабая изученность влияния условий среды на хозяйственные объ-

екты;

• доведение информации о состоянии природной среды до ЛПР

опоз-

данием;

• наличие интуитивных моделей принятия решений;

• решение задач формальными методами хуже решения человека.

Принятие решений с использованием информации о состоянии при-

родной среды — это ситуации, в которых последствия любых действий,

которые мы можем предпринимать, неизвестны в точности из-за то-

го,

что они зависят еще от некоторых событий, которые не можем

контролировать или достаточно точно предвидеть, а исходы неизбежно

отразятся на результатах наших действий. Как правило, в таких задачах

не сушествует алгоритма выбора решения. Громадный объем информации

о состоянии природной среды требует больших ресурсов ЭВМ (оператив-

ной и внешней памяти, машинного времени) для ее обработки и перебора

возможных решений.

Для таких задач наиболее эффективным способом решения является

создание баз знаний. Сравнение представления данных и знаний в ЭВМ

дано на рис. 5.4.

Отражение

фактов

Банк данных

СУБД

« База данных

СУД АИСОРИ

FoxPro

ЯОГМД

Реляциодшая

Экспертная система

Отражение

условий

Машина вьгаода

СУБЗ

1СПРИНТ

|ИНТЕР-ЭКСПЕРТ

I База знаний

*—

» Правила,

продукции.

Фреймы

Uni

равила

Рис.

5.4.

Сравнение представления данных и знаний в ЭВМ

5.4.

Системные

основы использования аппарата экспертных систем 167

5.4. Системные основы использования аппарата

экспертных систем

Совокупность логических правил, предписывающих ЛПР опреде-

ленную линию поведения в конкретных условия среды, будем называть

стратегией ЛПР. Эта стратегия представляет собой действия, которым

ЛПР руководствуется регулярно в аналогичных условиях среды. Действия,

которые необходимо выполнить, зависят от произведенных условий сре-

ды воздействий (опасностей). Для каждого типа объектов (J) эти связи

можно описать соответствующими парами:

A =

FiOij).

(5.1)

Воздействия зависят от условий среды:

Оу = ^(ГМУ). (5.2)

Гидрометеорологические условия можно представить в следующем

виде:

ГМУ=>((Л>(^,)), (5.3)

где Аг — множество параметров, характеризующих среду; Z, — множество

значений параметров.

Имеются значения параметров среды А,, в

т.

ч. максимальное, мини-

мальное и среднее значения, характеризующие текущее, прогностическое

и климатическое состояния с вероятностями проявления Р,. Каждому

явлению (условиям) соответствует множество возможных воздействий

(опасностей) О,. Зная воздействия, ЛПР вырабатывает цели и определя-

ет критерии принятия рещений K,j. Цели использования информации

о состоянии природной среды не всегда могут быть выражены в ви-

де числового критерия. Кроме того, в таких задачах часто нет полной

информации о природной среде, в наблюдениях и результатах расчетов

имеются ошибки, для одних и тех же гидрометеоусловий на разных объ-

ектах и в зависимости от времени года могут быть разные рещения, т. е.

имеется неоднозначность, а иногда при использовании разных параме-

тров среды, может быть, и противоречивость. Все это говорит о том, что

мы имеем дело с неформализованными задачами.

Критерий служит основой оценки решения и позволяет избежать

субъективных и произвольных суждений. Принятие решения всегда со-

пряжено с риском, который можно свести к минимуму только подбором

рационального комплекса критериев. Критерии ориентируют деятель-

ность, направленную на решение поставленной задачи. Но в то же время

случайный подбор критериев может привести к случайным решениям.

Критерии должны быть понятны каждому и давать возможность одно-

значного обоснования. Каковы критерии — таково и решение. Главными

критериями принятия решений на основе информации о состоянии при-

родной среды являются безопасность людей и материальных ценностей,

уменьшение ущерба, увеличение прибыли и др.

Имея критерии принятия решений, можно определить множество ре-

комендаций (мероприятий) Д,J. Каждое действие характеризуется y,j —

168 Глава 5.

Системы поддержки принятия решений

множеством возможных ущербов или 9,j — множеством возможных

прибылей.

Задать конкретную стратегию 5 — значит указать алгоритм, соглас-

но которому определенным условиям среды, характеризуемым параме-

трами А,, ставятся в соответствие определенные действия, выбираемые

из множества возможных д,.,. В конкретных условиях среды выбирается

определенный перечень действий, то есть имеется однозначное предста-

вление

8{А,

,P„K„J) Условие Z, ^ 0,j

Д,_,.

(5.4)

Запишем это представление в виде логического правила:

Если Ai < ZiV А2>

Z2&P2

= Zp2 ...A,<Zn,

то выдать

0,]8сД,].

(5.5)

Приведенные выше правила наиболее легко представляются в базах

знаний экспертных систем в виде продукций. В общем виде логическое

правило в виде продукции записывается следующим образом:

Если (условие!)

(&)(условие2)...,

то (опасность I, 2 ...)

(прогноз!), (5.6)

Если (условие), то (опасность 1), иначе (опасность2). (5.7)

Здесь в условиях содержится имя параметра, знаки <, =, >, V —

«или», & — «и» и критерии значений параметров для числовых значений

или «да» или «нет» для символьных параметров. В полуформализованном

виде это вьгглядит следующим образом:

Если А < В, то выдать опасности 1, 2, 3

прогноз1& .

перейти на новое условие. (5.8)

Опасности, по существу, представляют собой прогноз результатов

воздействия гидрометеорологической ситуации или событий на объекте.

Рассмотрим примеры описания таких правил в полуформализованном

виде.

Пример

4.1. Если весной у берегов Африки (район Мавритании)

ветер < 15 м/с и имеет тенденцию к увеличению и широта нахождения

гидрологического фронта равна 20° с. ш., то в районе наблюдается сезон-

ный прогрев'вод, плотные скопления медленно перемещаются на север,

плотность скоплений увеличивается, промысловая обстановка наилуч-

шая по сравнению со всеми сезонами. В полуформализованном виде это

представляется следующим образом:

Если Район = !У1АВРИТАНИЯ&Сезон = ВЕСНА&ПОЛОЖ. ФРОНТА >

20 ВЕТЕР < 15&Тенденция = УСИЛЕ.ВЕТРА, то (текстпрогноза)

Пример

4.2. Если на судно воздействуют различные СГЯ (обледене-

ние,

наводнение, шторм или туман), то влияние на судно следующее

(текст) и необходимо выполнить следующие рекомендации (текст). В по-

луформализованном виде это представлено ниже:

5.4.

Системные

основы использования аппарата экспертных систем 169

Если Объект = СУДНО&Уровень управления = ШТУРМАН&Цель =

безопасность людей и груза &:

Если Ситуация 1 = ОБЛЕДЕНЕНИЕ, то ОПАСНОСТИ = «Палуба и ван-

ты обрастают ладом», «возможна гибель судна»...& РЕКОМЕНДАЦИИ =

«Сбивать лед всеми возможными средствами», «применить горячую

воду»...

Если Ситуация 2

—

ШТОРМ, то ОПАСНОСТИ = «Уменьшается скорость

судна», «возможна гибель судна»...&РЕКОМЕНДАЦИИ — «Поставить

судно на или против волны», «судну уйти в укрытие»...

Если Ситуация 3 = НАВОДНЕНИЕ, то ОПАСНОСТИ = «Создает угрозу

повреждения судов», «создает угрозу нагона льда в бухты, заливы»...&РЕ-

КОМЕНДАЦИИ = «Все суда вывести из порта на рейдовую стоянку»,

«поставить дополнительные якоря»...

Если Ситуация 4 = ТУМАН, то ОПАСНОСТИ = «Увеличивается опас-

ность для судоходства»...&РЕКОМЕНДАЦИИ = «Уменьшить скорость

движения судов»...

Пример 4.3. Если перистые облака в виде нитей с крючками или

коготками надвигаются и уплотняются, а их количество возрастает, то

в ближайшие 1-2 суток надо ожидать ненастную с осадками и свежими

ветрами погоду и циклон движется с той стороны, откуда идут облака.

Если ОБЛАКА = «перистые»&«нити»\/«крючки»&ТЕНД-ОБЛ = «уплот-

нение»У«возрастание», то (текстпрогноза).

Пример 4.4. Объект — город. В зависимости от уровня воды в реке

(высокий, средний), наличия осадков в виде дождя и его интенсивности,

наличия снега (много или мало), значения среднесуточной температуры

воздуха и ее продолжительности можно дать прогноз — возможно или

нет наводнение и усилить внимание или можно не беспокоиться.

Ситуация 1. Если УРОВЕНЬ = «высокий»&ДОЖДЬ = «сильный», то

«Будет наводнение».

Ситуация 2. Если УРОВЕНЬ = «Высокий»&ДОЖДЪ = «слабый»&СНЕГ =

«много»&ТЕМПВОЗД > З&КОЛДН-Т > 5, то «Будет наводнение».

Ситуация 3. Если УРОВЕНЬ = «Высокий»&ДОЖДЬ = «слабый»&СНЕГ =

«много»&ТЕМПВОЗД < 3, то «Усилить внимание».

Ситуация 4. Если УРОВЕНЬ = «Высокий»&ДОЖДЬ = «слабый»&СНЕГ =

«мало»&ТЕМПВОЗД<3, то «Не беспокоиться».

Ситуация 5. Если УРОВЕНЬ=«средний»&ДОЖДЬ=«сильный»&СНЕГ=

«мало»&ТЕМПВОЗД<3, то «Не беспокоиться».

Ситуация 6. Если УРОВЕНЬ=«средний»&ДОЖДЬ=«сильный»&СНЕГ=

«много»&ТЕМПВОЗД>3&КОЛЛН_Т > 5, то «Усилить внимание».

Ситуация 7. Если УРОВЕНЬ=«средний»&ДОЖДЬ=«сильный»&СНЕГ=

«много»&ТЕМПВОЗД<3, то «Не беспокоиться».

170 Глава 5.

Системы поддержки

принятия решений

Ситуация Л Если УРОВЕНЬ=«средний*&ДОЖДЬ=«сильный»&СНЕГ=

«мало»&ТЕМПВОЗД>3, то «Не беспокоиться»

Ситуация 9. Если УРОВЕНЬ = «средний»&ДОЖДЬ

—

«слабый», то «Не

беспокоиться».

Пример 4.5. Иногда наблюдается совместное воздействие несколь-

ких видов стихийных бедствий [4]. Цепное взаимодействие стихийных

явлений различной природы представлено ниже в виде правил.

Если СН.ЛАВИНЫ > &СЕЗОН = зима, то «Возможны горные обва-

лы&камнепады»&«Возможно влияние на сельское, лесное, коммунальное

хозяйства, промышленность, транспорт и связь, энергетику, строитель-

ство,

рекреацию»

Если СН. ЛАВИНЫ > &СЕЗОН = весна V лето V осень, то «Возможны

горные обвалы&камнепады&наводнение&водная эрозия»

Если СНЕГОПАД > &СЕЗОН = зима&РАЙОН = горы, то «Возможны

снежные лавины»

Если СНЕГОПАД > &СЕЗОН = весна

лето V осень&РАЙОН = горы&

ТЕМПВОЗД

>О,

то «Возможны сели&водная эрозия&наводнение&ополз-

ни & горные обвалы&камнепады»

Если НАВОДНЕНИЕ > &СЕЗОН = весна V лето V осень&РАЙОН =

равнина, то «Возможна водная эрозия»&«Возможно влияние на сельское,

лесное, рыбное, коммунальное хозяйства, промышленность, транспорт

и связь, энергетику, строительство, рекреацию»

Если ВОДНАЯ-ЭРОЗИЯ> &СЕЗОН ^ зима&РАЙОН = горы&ТЕМП-

ВОЗД > о, то «Возможны сели&оползни&наводнения&водная эрозия»&

«Возможно влияние на сельское, лесное, рыбное, коммунальное хозяй-

ства, транспорт и связь, энергетику, рекреацию»

Если СЕЛИ > &СЕЗОН = веснаVлетоVосень&РАЙОН = горы&ТЕМП-

ВОЗД > О, то «Возможны горные обвалы&камнепады&оползни&навод-

нения&водная эрозия»&«Возможно влияние на сельское, лесное, ком-

мунальное хозяйства, промышленность, транспорт и связь, энергетику,

строительство, рекреацию»

Если ОПОЛЗНИ > &СЕЗОН = весна V лето V осень&РАЙОН = горы&

ТЕМПВОЗД > О, то «Возможны горные обвалы&камнепады&сели&

наводнения&водная эрозия»&«Возможно влияние на сельское, лесное,

коммунальное хозяйства, промышленность, транспорт и связь, энергети-

ку, строительство, рекреацию»

ОСАДКИ > 50&ВЕТЕР > Ю&ТЕМПВОЗД > О&РАЙОН = горы, то

«Возможно наводнение&оползни»

ОСАДКИ > 50&ВЕТЕР > Ю&ТЕМПВОЗД > 0&Р.\ЙОН = равнина, то

«Возможно наводнение» л) ОБЪЕКТ =с-х-поля&РАЙОН — склоны, то

«Возможны оползни&сели&водная эрозия»