автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Информационная система поддержки принятия решений для определения ранга пожара в жилых и административных зданиях

МЧС России Санкт-Петербургский унпверснтеч Государствен нов противопожарной службы

На правах рукописи

Лмрнн Сергей Юрьева

информационна я система поддержки принятия

решений для определения ранга пожара и жилых и административных зданиях

05.13.10 - управление в социальных и экономических Системах

Автореферат Диссертации на еовекяняе ученой степени кандидата технических паук

Санкт-Петербург - 2007

003064822

Работа выполнена на кафедре организации пожаротушения и проведения аварийно-спасательных работ Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России

Научный руководитель:

доктор технических каук, профессор Гаранцев Александр Алексеевич Официальные оппоненты:

доктор технических наук, доцент Одоевский Сергей Михайлович; кандидат технических наук Бессонов Владимир Петрович

Ведущая организация:

Главное управление МЧС России но Санкт-Петербургу

Защита состоится ¿¿¿у» £$¿37а- 2007 г. в часов на заседа-

нии диссертационного совета/Д 205.003.02 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Санкт-Петербургском университете ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 149).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сзнкт-Петербургс-кого университета ГПС МЧС России (196105, Санкт-Петербург, Московский проспект, дом 149).

Автореферат разослан 7 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 205.003,02 доктор технических наука профессор

И.Г. Малыгин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность диссертационного исследования. Одной из актуальных задач в области управления Комитета противопожарной службой (КПС) Министерства по чрезвычайным ситуациям (МЧС) Республики Казахстан (РК) является организация управлениями пожарно-спасательными подразделениями, особенно в крупных городах-мегаполисах Астана и Алматы

Урбанизация порождает много проблем социального, экономического и экологического характера В городах возникает большинство пожаров, аварий и других чрезвычайных происшествий, уносящих человеческие жизни и ценности

Постоянное нарастание пожарной угрозы в городе диктует необходимость повышения эффективности систем пожарной безопасности объектов, для чего требуется проведение целого комплекса мероприятий В этом комплексе мероприятий особо следует отметить повышение качества оперативного управления подразделениями пожарной охраны в целях обеспечения рационального использования ограниченных ресурсов и оптимизации деятельности всей системы пожарной охраны

Повышение качества оперативного управления пожарными подразделениями требует применения новых информационных и телекоммуникационных технологий, реализуемых на компьютерной технике и автоматизированных системах связи Требуется совершенствовать и научные методы принятия решений Существует настоятельная необходимость ускоренного перехода от сложившихся традиционных методов управления к комплексному применению автоматизированных систем управления, в которых осуществляется диалог человека с персональным компьютером (ПК), где ПК выдает обоснованные рекомендации для принятия решения, а окончательное решение принимает человек - лицо, принимающее решение (ЛПР), в частности руководитель тушения пожара, наделенный соответствующими правами С этой целью следует разрабатывать информационные системы поддержки принятия управленческих решений, способствующих более детальной подготовке решений с применением заранее разработанных рекомендаций высококвалифицированных специалистов Автоматизация процесса управления силами и средствами, оснащение пожарных подразделений вычислительной техникой дают возможность снизить субъективный фактор при их принятии

Разрабатываемая информационная система поддержки принятия управленческих решений, предполагает решение задачи определения ранга пожара в жилых и административных зданиях

Научная задача, решаемая в диссертационной работе заключается в разработке информационной системы поддержки принятия-решений по определению ранга пожара в жилых и административных зданиях, а также математической модели определения ранга пожара в жилых и административных зданиях, алгоритмов и методик решения задачи определения ранга пожара в жилых и административных зданиях для использования в данной информационной системе

Цель работы: разработка научно-обоснованных методов принятия управленческих решений при определении необходимого количества сил и средств при тушении пожаров в условиях крупного города, позволяющих повысить эффективность функционирования пожарных подразделений за счет правильного определения ранга пожара в жилых и административных зданиях

Основные задачи работы:

- обоснование необходимости применения информационных систем поддержки принятия решений (ИСППР) в управлении пожарными подразделениями при тушении пожаров в условиях города,

- разработка методов и алгоритмов решения задачи определения ранга пожара для различных объектов;

- разработка математической модели определения ранга пожара в жилых и административных зданиях,

- разработка методов формализации и представления в базе знаний параметров, характеризующих ранг пожара,

- разработка информационной системы поддержки принятия решений для определения ранга пожара в административных и жилых зданиях,

- экспериментальная проверка методов решения задачи определения ранга пожара в административных и жилых зданиях, и эффективности применения ИСППР

Объект исследования - системы поддержки принятия решений при оперативном управлении пожарными подразделениями

Предмет исследования - модели и методы определения ранга пожара с применением автоматизированных систем поддержки принятия решений

Методы исследования, применяемые в работе, базируются на теории систем, теории принятия решений, теории управления, методах экспертной классификации и теории нечетких множеств

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработанная математическая модель определения ранга пожара в жилых и административных зданиях обеспечивает полноту выявления и учета возможных ситуаций и уменьшает субъективный характер принятия решений, основана на математическом аппарате теории нечетких множеств, с учетом положений экспертной классификации и методов построения диаграмм состояния исследуемого объекта в многомерном пространстве его параметров, на основе этой модели разработаны алгоритм и методика решения задачи определения ранга пожара в жилых и административных зданиях,

- разработаны алгоритм и методика решения задачи определения ранга пожара в жилых и административных зданиях на основе экспертной классификации определения ранга пожара Основным преимуществом данного метода решения задачи является возможность формализовать любые параметры и произвольное их количество,

- предложенная информационная система поддержки принятия решений для определения ранга пожара позволяет использовать два способа решения задачи по определению ранга пожара в зависимости от типа формализации параметров

На защиту выносятся:

1 Математическая модель определения ранга пожара в жилых и административных зданиях на основе теории нечетких множеств

2 Алгоритмы и методики решения задачи определения ранга пожара в жилых и административных зданиях

3. Предложения по применению информационной системы поддержки принятия решений для определения ранга пожара

Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечивается применением апробированного математического аппарата теории нечетких множеств и экспертной классификации в процессе формализации параметров, характеризующих ранг пожара, а также экспериментальной проверкой на практике разработанных математических моделей определения ранга пожара

Научно-практическая значимость работы заключается в следующем:

б

- данные исследования позволили выработать новые подходы к разработке информационных систем поддержки принятия управленческих решений при оперативном управлении пожарными подразделениями,

- в работе доказана эффективность применения математического аппарата теории нечетких множеств и экспертной классификации для решения задачи определения ранга пожара,

- применение разработанной информационной системы поддержки принятия решений для определения ранга пожара в административных и жилых зданиях позволит повысить обоснованность принятия решений и оперативность управления пожарными подразделениями

Разработанная ИСППР может применяться руководителями оперативных пожарных подразделений для оценки текущего состояния пожара и динамики его развития Система предоставляет руководителям оперативных подразделений, в том числе и диспетчеру Центра управления силами возможность в любой момент времени определить необходимый состав сил и средств на основе оперативной информации, источником которой являются данные разведки пожара ИСППР позволяет осуществлять сравнительный анализ эффективности деятельности руководителей пожарных подразделений на различных пожарах При наличии соответствующей информации ИСППР позволяет провести сравнительный анализ принятых руководящим составом решений по определению необходимых сил и средств, кроме того, ИСППР позволяет оценить принятие определенного варианта управленческого решения на пожарно-такти-ческих учениях и занятиях

Внедрение результатов исследования. Результаты исследования внедрены в практическую деятельность Департаментов противопожарной службы городов Астана и Алматы Комитета противопожарной службы Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Казахстан Внедрение результатов диссертационной работы подтверждается соответствующими актами

Апробация работы Научные результаты, полученные в исследовании, докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры организации пожаротушения и проведения аварийно-спасательных работ Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России, а также на следующих научно-практических конференциях

- международной научно-практической конференции «Проблемы взаимодействия МВД и МЧС России в сфере обеспечения безопасности дорожного движения», Санкт-Петербург, 16-17 марта 2006 г,

- международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы защиты населения и территорий от пожаров и катастроф», Санкт-Петербург, 21 июня 2006 г

- международной научно-практической конференции «Подготовка кадров в системе предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций», Санкт-Петербург, 14 сентября 2006 г

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 печатных работы, в том числе статья в журнале, рекомендованном ВАК Министерства образования и науки РФ

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы (111 источников) Работа содержит 162 страницы текста, в том числе 8 таблиц и 21 рисунок

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновываются выбор темы диссертации, ее актуальность, цели, задачи, объект и предмет исследования, методы исследования, научная новизна и положения, выносимые на защиту, а также апробация и реализация результатов диссертационного исследования

Первая глава - «Проблемы управления пожарными подразделениями при тушении пожаров» - состоит из 3 параграфов

В главе обобщены аналитические материалы по тушению пожаров, руководящие документы и научные публикации, сделан вывод, что одним из направлений совершенствования оперативного управления пожарными подразделениями является разработка автоматизированной системы обработки информации

При ликвидации пожаров успех тушения во многом зависит от действий первого прибывшего руководителя тушения пожара (РТП) Как правило, он получает в полном объеме информацию об объекте и развитии пожара Анализ пожаров показал также, что в основном первый прибывший РТП действует, опираясь на сугубо субъективные факторы работы Важнейшим направлением совершенствования информационного обеспечения процессов управления боевыми действиями на пожаре является их автоматизация Оснащение оператив-

ных подразделений пожарной охраны компьютерными системами дает возможность повысить качество управления силами и техническими средствами пожарной охраны, и способствуют принятию научно-обоснованных решений в условиях получения и анализа информации Применение информационных технологий для повышения эффективности работы РТП включает в себя, в качестве важного звена, поддержку принятия управленческих решений и прогноза последствий этих решений, а также результатов боевой работы по тушению пожара

В условиях экстремальной ситуации работа РТП носит практический характер, а основными факторами, способствующими ее успеху, становятся (помимо профессиональной компетенции РТП) умение получить необходимую информацию и сделать правильные выводы при ее недостатке или противоречивости, оперативность и способность к плодотворному взаимодействию с другими участниками боевой работы Обладающих такими качествами высококвалифицированных специалистов недостаточно Поэтому в нестандартных ситуациях необходимо использовать с помощью компьютерных технологий их опыт и предложить РТП на каждом этапе методы и средства, соответствующие ситуации Автоматизированные системы, накапливающие в своих базах знаний опыт деятельности лучших специалистов, позволят в экстремальных условиях успешно работать и специалистам средней квалификации

Вследствие субъективности составления должностных инструкций по высылке сил и средств пожарной охраны на пожары выявлено, что состояние дел в управлении пожарными подразделениями в условиях одновременных вызовов не может отвечать современным принципам оптимального управления

Произведенный анализ задач оперативного управления пожарными подразделениями, решаемых с помощью автоматизированных систем, показал, что пожарная охрана МЧС РК в деле автоматизации деятельности оперативных подразделений находится на приемлемом уровне, однако решение некоторых задач в области оперативного управления пожарными подразделениями остаются нерешенными, к числу таких задач можно отнести определение ранга пожара.

Вторая глава — «Решение задачи определения ранга пожара в жилых и административных зданиях» — состоит из 5 параграфов

Произведенный в главе анализ задач оперативного управления пожарными подразделениями, решаемых с помощью автоматизированных систем, по-

казал, что пожарная охрана МЧС РК в деле автоматизации деятельности оперативных подразделений находится на приемлемом уровне, однако решение некоторых задач в области оперативного управления пожарными подразделениями остаются нерешенными, к числу таких задач можно отнести определение ранга пожара При прибытии на место пожара РТП устанавливает ранг пожара, ссылаясь на свой личный опыт и интуицию Однако, при определении ранга пожара на основе субъективных предпочтений, РТП может ошибиться Для того чтобы снизить риск при определении номера вызова пожарных подразделений и сократить время на принятие решения, необходимо применять информационные системы поддержки принятия решений

При установлении ранга пожара руководителем тушения пожара учитывается множество параметров, характеризующих складывающуюся обстановку на горящем объекте Эти параметры для различных групп объектов имеют некоторые отличия, поэтому информационную систему поддержки принятия решений для определения ранга пожара предлагается построить на примере административных и жилых зданий, в связи с тем, что именно на этих объектах происходит большее число пожаров и гибели людей В главе рассмотрена оперативно-тактическая характеристика зданий и выявлены параметры, влияющие на установление ранга пожара

В главе рассмотрены существующие основные методы экспертных оценок- экспертной классификации, парных сравнений, ранжирование альтернативных вариантов, векторов предпочтений Выявлено, что для решения задачи определения ранга пожара получение экспертных знаний наиболее целесообразно применять метод экспертной классификации

Методика решения задачи определения ранга пожара в жилых и административных зданиях может быть сформулирована следующим образом Пусть заданы множества

- множество Р = {Р/, Р2, , Ре) независимых свойств, которыми может обладать объект классификации,

- множество М признаков, характеризующих с различных сторон объект классификации,

- множество Qm = {дту дт2, , дШп} возможных значений т-го признака, п - число этих значений,

- множество всех гипотетически возможных состояний объекта классификации А = Q\x <2г* дт, при этом состояние а,е А характеризуется векто-

ром а, = (д,ь да, дт), где дт„ е £>„,, т~1.М

В общем случае требуется на основе знаний эксперта классифицировать все вектора а„ отнеся каждый из них к одному или нескольким классам решений

При решении задачи в процессе получении информации от эксперта используется гипотеза о различной характерности значений диагностического признака но отношению к каждЬму из классов Эксперт может упорядочить все значения каждого диагностического признака по их характерности для каждого из классов и это упорядочение не зависит от других признаков

Таблица 1 заполняется экспертами - руководителями тушения пожаров, имеющими значительный опыт при тушении пожаров, и независимо друг от друга

Таблица 1

Значения диагностических признаков по отношению к каждому из рангов

пожара

Чи Ч\п Чи Чь, Ятп

Л »ш ■ 'И'ии w^2l Х>12л • У>Ы„

Рг ^211 ИЫя ^221 ■ ™22л IV2тп

Р, М/щ Щь, М>121 ™12п Щтп

На следующем этапе руководителю тушения пожара для заполнения предлагается таблица характерности состояний для каждого свойства (табл 2) Предлагается следующая методика по заполнению этой таблицы Для каждого Рь 1-1,1 по каждому вектору а, = (дл, ц1Ъ , дтп), где д,„„ е <2т т = 1,М вычисляется сумма значений диагностических признаков ж/, =

Щл + + + Уьяп

Полученное множество х/„ равное произведению значений всех признаков, упорядочивается по возрастанию значений х/, Состояние с меньшими хк считаются более характерными для Р/ Далее каждому состоянию в соответствии с полученным упорядоченным рядом хи присваивается порядковый номер -N Номер, равный единице, соответствует наиболее характерному состоянию

для свойства Р/

Таблица 2

Значения векторов состояния объекта классификации

а\ а2 а,

Л X Хц Х\2 Х\,

N Ии П\1 щ,

Рг X Х21 х22 х2,

N «22 пь

Р, X ха Ха Хи

N И/1 Па щ

Р Ь к к 1,

Эта процедура (установление порядковых номеров) проделывается для всех Р/, 1 = 1, Ь

Для каждого свойства на множестве А предложено построить бинарные отношения доминирования по характерности

А = {(ар а,) е АхЛ | V т = 1, М и 3 т°, \ < т° < т такое, что (<? 1 и»°) е

А}, / = 17Т

Из определения отношения А вытекает, что если некоторое состояние отнесено экспертом к какому-то классу, то состояние, описываемое значениями признаков, не менее характерных для этого класса, также относится к этому классу, т е если

[а, е Р, и (а,, а,) е А ] => а, е Р, (1)

И далее, если некоторое состояние не принадлежит какому-то классу, то и менее характерные состояния не принадлежат этому классу т е если

[а, 0 Р, и (ар а,) е 0Р, (2)

Заметим, что условия (1) и (2) и построенные экспертами вышеуказанные таблицы позволяют по ряду состояний без их непосредственной идентификации делать некоторые заключения и тем самым организовывать рациональную процедуру экспертного опроса, целью которого является классификация всех возможных состояний при уменьшении числа вопросов к экспертам

На рис 1 представлена блок-схема алгоритма решения задачи определения ранга пожара

Рис 1 Блок-схема алгоритма решения задачи определения ранга пожара

Третья глава - «Модели определения ранга пожара в жилых и административных зданиях и экспериментальная оценка полученных научных результатов» - состоит из 4 параграфов

В главе предложены модели решения задачи определения ранга пожара, учитывающие расплывчатость границ параметров между соседними классами, те рангами пожара Для решения данной задачи обоснована и предложена следующая методика

1 Определяется совокупность параметров ¥ = (уь , у,„), характеризующих с различных сторон объект классификации - ранг пожара

2 Для учета важности параметра при оценивании объекта, каждому из них экспертным путем сопоставляется вес а,, г = ¡7т, пропорциональный вкладу параметра в оценку объекта Распределение весовых коэффициентов между параметрами осуществляется методом парных сравнений

3 Определяется совокупность значений К = {к\, , к„} лингвистической переменной, применяемой для оценки объекта

4 Диапазон значений каждого параметра у„ г = 1, /и > характеризующего ранг пожара, делится на п классов значений и у-му классу ставится в соответствие значение лингвистической переменной, определяемой функцией принадлежности д, Для решения задачи определения ранга пожара формой функции принадлежности, отражающей размытость границ оценки, выбрана трапеция, которая позволяет выявить всю полноту свойств объекта классификации Её горизонтальная часть характеризует стопроцентную принадлежность объектау-ой оценки по г-му параметру, а наклонные части характеризую! принадлежность двум смежным оценкам с различной возможностью

5 Задается решающее правило классификации Р(К), позволяющее установить меру принадлежности объекта у-му классу

В качестве решающего правила выбрана алгебраическая сумма функций принадлежности по всем параметрам Для учета вклада г-го параметра г = 1, т, в оценку объекта функция ц,, умножается на вес а, С учетом изложенного правило классификации Р(К), у = \.п, имеет вид

т

Р(К) = 1а, А, (3)

6 Находится значение параметров у, е У, характеризующих объект классификации. Для у-й оценки по г-му параметру вычисляется значение функции Ну Учитывая линейность трапециевидной формы, определяется по формуле

(рк -р„) + м„ (4)

У к ~У„

Здесь уп уь /4 - начальные и конечные значения параметра у, и функции /лч для у-го интервала На границах интервала функция принимает значения либо 0, либо 1 Отсюда Цк-^п принимает следующие значения

а, -м„ =

О — для горизонтальной часты трапеции

+ 1 -

левой части трапеции

-1 - для правой части трапеции

7 Вычисляются значения Р(К) для каждой оценки и находится максимальное Ртах(К)

На рис 4 представлены функции принадлежности параметров, характеризующих ранг пожара, которые используются в разработанной модели системы поддержки принятия решений

На рис 2 представлена структура информационной системы поддержки принятия решений для определения ранга пожара на основе применения нечетких множеств На рис 3 представлена блок-схема алгоритма решения данной задачи

Сведения о пожаре

ЭВМ

- ' 1

-1 Входные данные

| База знаний, состоящая I из эвристических правил

База данных, состоящая

из терм-множеств, описывающих параметры | ранга пожара I

Решение

Рис 2 Структура информационной системы поддержки принятия решений для определения ранга пожара

Рис 3 Блок-схема алгоритма определения ранга пожара с применением нечетких множеств.

Метод экспертной классификации с применением нечетких множеств опирается на базу знаний специалистов База знаний состоит из набора терм-множеств и эмпирических правил для работы с этими множествами

Основным достоинством данного метода является более точное решение задачи определения ранга пожара, так как используется расплывчатость границ между соседними классами состояний, т е возможная принадлежность объекта классификации к различным классам по каждому параметру в граничных областях Количество терм-множеств, применяемых в данном методе, может быть любое, и это не будет затруднять работу эксперта и специалистов из аналитической группы

Для более точного представления области решения задачи определения ранга пожара в работе предложено использовать метод построения диаграмм состояния исследуемого объекта в многомерном пространстве его параметров

В этом случае областью решения задачи является поверхность (тс(,.;) В данной модели при построении поверхностей ограничиваемся квадратичным приближением В этом случае поверхности ас(и) представляют собой п - мерные эллипсоидальные поверхности в пространстве параметров

Из уравнений, задающих поверхности эллипсоидов, получены неравенства, определяющие принадлежность векторов состояния к областям с различным рангом, либо к переходной области Эти неравенства фактически являются численными критериями, определяющими ранг пожара Неравенство

определяет состояния, однозначно относящиеся к 1-му рангу (где а, = ОА„ точки А, на графиках одномерных функций принадлежности определяют верхнюю границу состояния, однозначно относящегося к I-му рангу, точка О -начало координат) Неравенство

определяет состояния, однозначно относящиеся к 7-му рангу (где Ъ, = ОД, точки В, на графиках одномерных функций принадлежности р.ч определяют нижнюю границу состояния, однозначно относящегося к 7-му рангу) Равенство

(5)

Л У2 ь,

(6)

определяет условную границу перехода от ранга / к рангу 3, т е поверхность оса-л- разделяющую области / и 3 в пространстве параметров X (где значения с, = Уф, + Ь))

При построении диаграмм состояния исследуемого объекта и определении ранга пожара учитывается влияние коэффициентов а„ характеризующих «относительную значимость» параметров^, связанных соотношением

п

в)

При отсутствии приоритетов у различных параметров у] соблюдается равенство коэффициентов а; = = а, = = а„ = 1/п Оно нарушается при наличии приоритетов у различных у, и их влияние проявляется в деформациях поверхностей ас, которые происходят вследствие изменения длины полуосей эллипсоидов С учетом этих коэффициентов формулы для численных критериев определения ранга можно представить следующим образом

Л V2

(8)

1-1 а~

tcc.pT> 1; (9)

.=1 Ь,

±сс,К= Ь (Ю)

)«1 с,"

Полученные численные критерии принадлежности ранга пожара, учитывают зависимость ранга пожара от всей совокупности признаков Разработанный метод дает возможность наглядного графического представления решения задачи по определению ранга пожара

В данной главе рассмотрены практические управленческие задачи, которые могут быть решены руководителями оперативных подразделений пожарной охраны МЧС Республики Казахстан с помощью разработанной информационной системы поддержки принятия решений (ИСППР), и представлены полученные от экспертов исходные данные для работы системы

Разработанная ИСППР может применяться руководителями оперативных пожарных подразделений для решения следующих, типов управленческих задач

1 Оценка текущего состояния пожара и динамики его развития Системы предоставляют руководителям оперативных подразделений, в том числе и диспетчеру Центра управления силами возможность в любой момент времени

определить необходимый состав сил и средств на основе оперативной информации, источником которой являются данные разведки пожара

2 Сравнительный анализ эффективности деятельности руководителей пожарных подразделений на различных пожарах При наличии соответствующей информации ИСППР позволяют провести сравнительный анализ принятых руководящим составом решений по определению необходимых сил и средств Системы поддержки принятия решений позволяют оценить принятие определенного варианта управленческого решения на пожарно-тактических учениях и занятиях

Для проверки работы информационной системы поддержки принятия решений для определения ранга пожара получены данные от экспертов, те руководителей тушения пожара Модели ИСППР построены для гарнизонов пожарной охраны, в которых определено три номера вызовов (ранга пожара) для привлечения сил и средств

В первой модели использованы следующие признаки, характеризующие пожар 61 - площадь пожара, 0,г - этаж, на котором произошел пожар, -присутствие людей на объекте

Признак 61 имеет значения 50 м2, дп-30 < 150 м2,

150 м2

Признак £>2 имеет значения- <721-1-7 этажи, #22 - 8 - 12 этажи, цгъ - 13 -30 этажи

Признак <23 имеет значения- д31 - нет людей, дзг- есть люди В этом случае множество всех гипотетически возможных состояний объекта, на котором возник пожар, равняется декартовому произведению признаков

Л =й\хОгхйг = {Ч\ь Ч\ъ Чп}х{Чг\> Чгъ Чгз)х{Чъь 932} В нашем случае М= щ х п2 х щ = 3 х 3 х 2 = 18 Получаем при этом множество гипотетических состояний а,=(а\,аг, , а1й)

а\ = (ч\ь Чгъ ЧгО, «2= (Чи, Чгь Чъг>, «з = (Чп, Чгъ ЧзО- = (Ч\ь Чгъ Чъг), «5 = (Ч\ь 123, ЧзО, «6 = (Чи> Чгь Чът), «7 = (Ч\ъ Чгъ ЧзО, «8 = (Ч\ъ Чгь Чът), «» = (ч\ъ Чгъ Чзъ>, «ю = (Члъ Чгь Чът), «а = (Ч\ъ Чтз, Чъ\), «12 = (Ч\ъ Чгъ, Чъг), «в = (Ч\з, Чгь Чз\), а\4 = (ч\ъ, Чгь Чъг), «и = (Ч\з, Чгъ Чзь>, «16 = (Чп, Чгъ Чът), «17 = (Ч13, Чгъ, Чъд, «18 = (Ч\з, Чгъ, Чът)

Каждое состояние можно интерпретировать, например, следующим об-

разом а2(д п - площадь пожара 5 < 50 м2, ¿/21 -1-7 этажи, д32 - на объекте находятся люди)

Экспертами заполнена таблица характерности значений диагностического признака по отношению к каждому из рангов пожара (см таблицу 3) При этом цифра «1» в таблице обозначает наиболее характерное значение признака для свойства (ранга пожара), указанного в первом столбце таблицы, «2» - относительно характерное значение признака для данного ранга, «3» - наименее характерное

Проведя расчеты для каждого Р/, используя таблицу 3, полученные значения занесли в таблицу 4

Таблица 3

Значения диагностического признака по отношению к каждому из рангов пожара

Ч\г Ч\3 Чг 1 422 423 Чз\ ЧЪ2

р, 1 2 3 1 2 3 1 2

Рг 3 1 2 3 1 2 2 1

Ръ 3 2 1 3 2 1 2 1

Таблица 4

Значения векторов состояний для каждого ранга пожара

«1 а2 аз я4 а5 «6 а7 «8 «9 «10

Р, X, 3 4 4 5 5 6 4 5 5 6

N 1 2 3 5 6 10 4 7 8 И

Рг X, 8 7 6 5 7 6 6 5 4 3

N 18 17 13 8 16 11 10 6 2 1

Ръ х, 8 7 7 6 6 5 7 6 6 5

N 18 17 16 14 13 9 15 12 И 8

Р, 1 1 1 1 1 3 1 2 2 2

продолжение таблицы 4

«п ап «13 «14 «15 «16 «17 «18

Рг X, 6 7 5 6 6 7 7 8

N 12 15 9 13 14 16 17 18

Рг X, 5 4 7 6 5 4 6 5

N 5 3 15 12 7 4 14 9

Рз X, 5 4 6 5 5 4 4 3

N 7 4 10 6 5 3 2 1

Р, 1 2 2 1 3 3 3 3 3

По второму методу решения задачи определения ранга пожара также получены данные от экспертов На рисунке 4 представлены функции принадлежности параметров, характеризующих ранг пожара, где у\ - площадь пожара, уг - количество человек, у3 - этаж, на котором произошел пожар Р/, Рг, Ръ -соответственно первый, второй, третий ранг пожара

У. *

30 50

130 150

У1 (Б пож. Л:е2)

Мз

х хг

2 4

2 6

10 12

8 12

У2(Х

кал-чел.'

У 3 ^^этаис)

Рис 4 Функции принадлежности параметров, характеризующих ранг по-

жара

Полученные в ходе настоящего диссертационного исследования теоретические и методологические результаты были проверены на ряде практических примеров в процессе анализа крупных пожаров, произошедших за последние 3 года в городах-мегаполисах Казахстана - Астане и Алматы, где в Управлениях противопожарной службы ДПС МЧС РК реализованы ИСППР На основании анализа данных можно сказать, что системы поддержки принятия решений по определению ранга пожара имеют достаточно высокую эффективность, во многих случаях решения, принятые РТП совпали с полученными ИСППР, а в некоторых случаях системы определили ранг пожара точнее, нежели руководители тушения пожара

В заключении излагаются итоги работы Перечисляются полученные научные и практические результаты, раскрывается степень их достоверности и новизны Рассматривается значение полученных результатов для теории и практики, приводятся сведения о внедрении и практическом использовании полученных результатов

В приложении приведены программы определения ранга пожара на основе метода экспертной классификации и метода экспертной классификации с применением нечетких множеств

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1 Анализ пожаров показал также, что в основном прибывший руководитель тушения пожара действует, опираясь на сугубо субъективные факторы Показано, что важнейшим направлением совершенствования оперативного управления пожарными подразделениями является применение информационных технологий для повышения эффективности работы РТП и включает в себя поддержку принятия управленческих решений и прогноза последствий этих решений, а также результатов боевой работы по тушению пожара

2 На основе результатов проведенного обзора существующих методов выявления экспертных знаний, обосновано, что процесс выявления экспертных знаний для решения задачи определения ранга пожара целесообразно организовывать в форме классификации экспертом конкретных состояний каждого диагностического признака по их характерности для каждого ранга пожара Научно обоснована методика и построен алгоритм решения задачи определения ранга пожара на основе экспертной классификации

3 Разработана математическая модель определения ранга пожара в жи-

лых и административных зданиях на основе теории нечетких множеств Для формализации параметров, характеризующих ранг пожара, предложено использовать трапециевидную форму функции принадлежности, отражающей размытость границ оценки, которая позволит выявить всю полноту знаний об объекте

4 Разработана методика решения задачи определения ранга пожара в жилых и административных зданиях на основе применения методов построения диаграмм состояния исследуемого объекта в многомерном пространстве его параметров Получены численные критерии принадлежности ранга пожара, учитывающие зависимость ранга пожара от всей совокупности параметров

5 Проведен анализ типичных ошибок, с которыми могут сталкиваться эксперты при проведении экспертизы, и сформулированы требования к проведению экспертизы В связи с тем, что наличие специалистов, знакомых с объектом экспертизы, является одним из главных требований получения качественной экспертной информации при проведении экспертизы, в работе разработан метод определения компетентности экспертов, позволяющий повысить уровень достоверности информации, получаемой от экспертов

6 В работе сформулированы задачи, для решения которых возможно применение разработанной информационной системы поддержки принятия решений по определению ранга пожара, заключающиеся в оценке текущего состояния пожара и динамики его развития и в сравнительном анализе эффективности деятельности руководителей пожарных подразделений на различных пожарах

7 Полученные в ходе диссертационного исследования теоретические и методологические результаты были проверены на ряде практических примеров в процессе анализа пожаров, произошедших в городах-мегаполисах Казахстана - Астане и Алматы, где в Управлениях противопожарной службы реализованы ИСППР На основании анализа данных можно сказать, что системы поддержки принятия решений по определению ранга пожара имеют достаточно высокую эффективность, во многих случаях решения, принятые РТП совпали с полученными ИСППР, а в некоторых случаях системы определили ранг пожара точнее, нежели руководители тушения пожара

8 Полученные результаты диссертационного исследования возможно использовать не только в КПС МЧС РК, но так же и при управлении тушением

пожаров подразделениями Государственной лропишиожнрнон Службы МЧС России.

Опубликованный работы по теме диссертации:

[, Дырки С.К) Существующие проблемы обеспечения пожарной безопасное! (I крупных городов // Проблемы взаимодействия МВД и МЧС России в сфере обеспечения безопасности лорожпого движения. Материалы международной научно-практической конференции. Сан к з-1ербур!, 16-17 марта 2006 г. СПб.: СШУ МВД России, СЗРЦ МЧС России, ЁПбИ ГПС МЧС России,; 2006. 0,2 пл.

2. Дырин СЛО. Алгоритм и методика решений задачи определения ранга пожара в жилых и административных зданиях /: Актуальные проблемы зашиты населения и герритории от пожаров и катастроф- Материалы международной научно-практической конференции Санкт-Петербург, 21 июня 2006 г. СПб.; СПбУ ГПС МЧС России. 2006. 0,2 /0.1 пл.

3. Дырин С.Ю., Тарапцев А.А. Математическая модель определений раита пожара в жилых и административных зданиях на основе теории нечетких множеств // Вестник С анкт-Петербурге ко го университета ГПС МЧС России №4(15). 2006. СПб.: СПбУ ГПС МЧС России. 2006. 0.6 -ОД пл.

4. Дырин С.Ю. Информационная система поддержки принятия решений для определения ранга пожара в жилых и административных зданиях И Подготовка кадров в системе Предупреждения и ликвидации последствии чрезвычайных ситуаций. Материалы международной научно-практической конференции. Санкт-Петербург, 14 сентября 2006 г. СПб.: СПбУ ПК МЧС России, 2006. 0,2 п.л.

Подписано п печать 21.02.2007 Печать трафаретная_

Формат 60"-- S4 (де Тираж 100 1кз.

t )оъем 1.0 п.л.

Отпечатано в Санкт-Пбтербургском университете I 11С! МЧС России 1%105. Сшисг-Г Iетербург. Московский проспект. Д. 149

Перечень сокращений.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Проблемы управления пожарными подразделениями при тушении пожаров.

1.1. Существующие проблемы обеспечения пожарной безопасности крупных городов.

1.2. Анализ задач, решаемых руководителем тушения пожара при организации управления на пожаре.

1.3. Анализ существующих автоматизированных систем поддержки принятия решений, применяемых для оперативного управления пожарными подразделениями

Выводы по главе 1.

Глава 2. Решение задачи определения ранга пожара в жилых и административных зданиях.

2.1. Существующие методы определения номера (ранга) пожара.

2.2. Оперативно-тактическая характеристика административных и жилых зданий в крупных городах.

2.3. Анализ известных методов получения экспертных оценок.

2.4. Разработка метода оценки компетентности эксперта для решения задачи определения ранга пожара.

2.5. Алгоритм и методика решения задачи определения ранга пожара в жилых и административных зданиях.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Модели определения ранга пожара в жилых и административных зданиях и экспериментальная оценка полученных научных результатов.

3.1. Математическая модель определения ранга пожара в жилых и административных зданиях на основе теории нечетких множеств.

3.2. Определение ранга пожара на объекте по диаграммам его состояния.

3.3. Предложения по применению информационных систем поддержки принятия решений для определения ранга пожара.

3.4. Экспериментальная оценка полученных научных результатов.

Выводы по главе 3.

Актуальность диссертационного исследования. Одной из актуальных задач в области управления Комитета противопожарной службой (КПС) Министерства по чрезвычайным ситуациям (МЧС) Республики Казахстан (РК) является организация управлениями пожарно-спасательными подразделениями, особенно в крупных городах-мегаполисах: Астана и Алматы. Вышесказанное объясняется тем, что действия пожарных подразделений по тушению пожаров и ликвидации последствий аварий и катастроф осуществляется в сложных условиях, представляющих собой угрозу для жизни и здоровья. Поэтому от повышения эффективности управленческой деятельности руководителей и должностных лиц Департаментов противопожарной службы (ДПС) этих городов-мегаполисов зависит жизнь и здоровье людей, повышается возможность существенно уменьшить вредные последствия для экологии, сберечь имущество граждан и снизить экономический ущерб для организаций и промышленных предприятий от пожаров.

Роль городов в развитии общества непрерывно возрастает. Растет население городов, увеличивается их территория; меняется характер городских поселений, они сливаются, образуя агломерации, мегаполисы. Если в начале XX века в городах проживало только 14% населения Земли, к 1950 году -30%, то в начале XXI века уже примерно половина населения Земли живет в городах, а в наиболее развитых странах более 70-90% их населения являются жителями городов.

Урбанизация порождает много проблем социального, экономического и экологического характера. В городах возникает большинство пожаров, аварий и других чрезвычайных происшествий, уносящих человеческие жизни и ценности.

Постоянное нарастание пожарной угрозы в городе диктует необходимость повышения эффективности систем пожарной безопасности объектов, для чего требуется проведение целого комплекса мероприятий, в том числе:

- повышение качества пожарной техники;

- широкое внедрение автоматических систем пожарной сигнализации и тушения пожаров, противодымной защиты;

- повышение качества оперативного управления пожарными подразделениями;

- улучшение надзорно-профилактической противопожарной деятельности;

- повышение профессионального уровня работников пожарной охраны.

В этом комплексе мероприятий особо следует отметить повышение качества оперативного управления подразделениями пожарной охраны в целях обеспечения рационального использования ограниченных ресурсов и оптимизации деятельности всей системы пожарной охраны.

Известно, что основой оперативного управления является принятие решения руководителем тушения пожара (РТП). От его обоснованности во многом зависит функционирование сил и средств пожарной охраны и эффективность мер по предотвращению пожара, его ликвидации, спасению людей и материальных ценностей. Характерной особенностью принятия решений руководителем тушения пожаров при управлении оперативными пожарными подразделениями являются крайне ограниченное время для принятия решений и недостаточность конкретной информации о пожарах, в том числе:

- о причинах пожаров (взрыв газовоздушной смеси, поджог, неисправность электротехники, неосторожное обращение с огнем и др.);

- о местах возникновения пожаров, направлениях и времени их свободного развития, площади пожаров;

- о состоянии технических средств пожаротушения и дымоудаления в зданиях;

- о количестве людей, подлежащих эвакуации и местах их нахождения.

Существующие в настоящее время документы нормативного и методического характера требуют жесткого норматива выделения сил и средств от подразделений пожарной охраны, и не всегда учитывают складывающуюся на текущий момент оперативную обстановку в городе. В подобном случае руководителю тушения пожара приходится полагаться только на свой опыт, знания и интуицию, что не может гарантировать эффективного результата. Из-за этого зачастую остаются без должного прикрытия некоторые обслуживаемые районы, в которых могут произойти серьезные пожары. Руководитель тушения пожара в таких случаях сталкивается с многокритериальной задачей с противоречивыми целями. Такие задачи являются наиболее сложными в теории принятия решений, и применительно к задаче оптимального привлечения сил и средств пожарной охраны для ликвидации пожара они до конца не решены, для их решения необходимо учитывать комплексность проблемы, многовариантность и неочевидность многих ситуаций оперативной обстановки. При этом игнорирование тех или иных связей и отношений между элементами обстановки может означать одностороннее, а следовательно, искаженное отражение действительности, что, в свою очередь, может явиться причиной серьезных ошибок в решении задач, возникающих перед подразделениями пожарной охраны.

Повышение качества оперативного управления пожарными подразделениями требует применения новых информационных и телекоммуникационных технологий, реализуемых на компьютерной технике и автоматизированных системах связи. Требуется совершенствовать и научные методы принятия решений. Существует настоятельная необходимость ускоренного перехода от сложившихся традиционных методов управления к комплексному применению автоматизированных (человеко-машинных) систем управления, в которых осуществляется диалог человека с персональным компьютером (ПК), где ПК выдает обоснованные рекомендации по принятию решения, а окончательное решение принимает человек - лицо, принимающее решение (ЛПР), в частности руководитель тушения пожара, наделенный соответствующими правами. С этой целью следует разрабатывать информационные системы поддержки принятия управленческих решений, способствующих более детальной подготовке решений с применением заранее разработанных рекомендаций высококвалифицированных специалистов. Автоматизация процесса управления силами и средствами, оснащение пожарных подразделений вычислительной техникой дают возможность снизить субъективный фактор при их принятии.

В настоящее время во многих странах мира компьютерные технологии управления широко внедряются в работу спасательных служб и подразделений пожарной охраны, автоматизацией охвачены практически все звенья управления, вычислительной техникой оснащены даже пожарные автомобили. Например, в пожарных автомобилях фирмы «Бронто» в системах управления коленчатыми подъемниками и автолестницами (50 и более метров высота подъема) присутствуют элементы искусственного интеллекта.

Однако создание систем поддержки принятия решений, информационно-аналитических систем затруднено тем, что их глубина зависит от эффективного взаимодействия постановщика проблемы и специалиста по предоставлению и систематизации необходимых данных, обрабатываемых компьютером. Преодоление этих затруднений обусловило целесообразность создания методов и инструментальных средств, обеспечивающих автоматизированную выработку рекомендаций для лица, принимающего решение.

Разрабатываемая информационная система поддержки принятия управленческих решений, предполагает решение задачи определения ранга пожара в жилых и административных зданиях.

Так как в работе рассматривается проблема повышения обоснованности эффективности управленческих решений, то важное значение имеют вопросы исследования автоматизированных систем управления и решения задачи целесообразности их модернизации на базе создания ИСППР.

Научная задача, решаемая в диссертационной работе заключается в разработке информационной системы поддержки принятия решений по определению ранга пожара в жилых и административных зданиях, а также математической модели определения ранга пожара в жилых и административных зданиях, алгоритмов и методик решения задачи определения ранга пожара в жилых и административных зданиях для использования в данной информационной системе.

Цель работы: разработка научно-обоснованных методов принятия управленческих решений при определении необходимого количества сил и средств при тушении пожаров в условиях крупного города, позволяющих повысить эффективность функционирования пожарных подразделений за счет правильного определения ранга пожара в жилых и административных зданиях.

Основные задачи работы:

- обоснование необходимости применения информационных систем поддержки принятия решений (ИСППР) в управлении пожарными подразделениями при тушении пожаров в условиях города;

- разработка методов и алгоритмов решения задачи определения ранга пожара для различных объектов;

- разработка математической модели определения ранга пожара в жилых и административных зданиях;

- разработка методов формализации и представления в базе знаний параметров, характеризующих ранг пожара;

- разработка информационной системы поддержки принятия решений для определения ранга пожара в административных и жилых зданиях;

- экспериментальная проверка методов решения задачи определения ранга пожара в административных и жилых зданиях, и эффективности применения ИСППР.

Объект исследования - системы поддержки принятия решений при оперативном управлении пожарными подразделениями.

Предмет исследования - модели и методы определения ранга пожара с применением автоматизированных систем поддержки принятия решений.

Методы исследования, применяемые в работе, базируются на теории систем, теории принятия решений, теории управления, методах экспертной классификации и теории нечётких множеств.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработанная математическая модель определения ранга пожара в жилых и административных зданиях обеспечивает полноту выявления и учета возможных ситуаций и уменьшает субъективный характер принятия решений, основана на математическом аппарате теории нечетких множеств, с учетом положений экспертной классификации и методов построения диаграмм состояния исследуемого объекта в многомерном пространстве его параметров, на основе этой модели разработаны алгоритм и методика решения задачи определения ранга пожара в жилых и административных зданиях;

- разработаны алгоритм и методика решения задачи определения ранга пожара в жилых и административных зданиях на основе экспертной классификации определения ранга пожара. Основным преимуществом данного метода решения задачи является возможность формализовать любые параметры и произвольное их количество;

- предложенная информационная система поддержки принятия решений для определения ранга пожара позволяет использовать два способа решения задачи по определению ранга пожара в зависимости от типа формализации параметров.

На защиту выносятся:

1. Математическая модель определения ранга пожара в жилых и административных зданиях на основе теории нечетких множеств.

2. Алгоритмы и методики решения задачи определения ранга пожара в жилых и административных зданиях.

3. Предложения по применению информационной системы поддержки принятия решений для определения ранга пожара.

Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечивается применением апробированного математического аппарата теории нечетких множеств и экспертной классификации в процессе формализации параметров, характеризующих ранг пожара, а также экспериментальной проверкой на практике разработанных математических моделей определения ранга пожара.

Научно-практическая значимость работы заключается в следующем:

- данные исследования позволили выработать новые подходы к разработке информационных систем поддержки принятия управленческих решений при оперативном управлении пожарными подразделениями;

- в работе доказана эффективность применения математического аппарата теории нечетких множеств и экспертной классификации для решения задачи определения ранга пожара;

- применение разработанной информационной системы поддержки принятия решений для определения ранга пожара в административных и жилых зданиях позволит повысить обоснованность принятия решений и оперативность управления пожарными подразделениями.

Разработанная ИСППР может применяться руководителями оперативных пожарных подразделений для оценки текущего состояния пожара и динамики его развития. Система предоставляет руководителям оперативных подразделений, в том числе и диспетчеру Центра управления силами возможность в любой момент времени определить необходимый состав сил и средств на основе оперативной информации, источником которой являются данные разведки пожара. ИСППР позволяет осуществлять сравнительный анализ эффективности деятельности руководителей пожарных подразделений на различных пожарах. При наличии соответствующей информации ИСППР позволяет провести сравнительный анализ принятых руководящим составом решений по определению необходимых сил и средств, кроме того, ИСППР позволяет оценить принятие определённого варианта управленческого решения на пожарно-такти-ческих учениях и занятиях.

Внедрение результатов исследования. Результаты исследования внедрены в практическую деятельность Департаментов противопожарной службы городов Астана и Алматы Комитета противопожарной службы Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Казахстан. Внедрение результатов диссертационной работы подтверждается соответствующими актами.

Апробация работы. Научные результаты, полученные в исследовании, докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры организации пожаротушения и проведения аварийно-спасательных работ Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России, а также на следующих научно-практических конференциях:

- международной научно-практической конференции «Проблемы взаимодействия МВД и МЧС России в сфере обеспечения безопасности дорожного движения», Санкт-Петербург, 16-17 марта 2006 г.;

- международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы защиты населения и территорий от пожаров и катастроф», Санкт-Петербург, 21 июня 2006 г.

- международной научно-практической конференции «Подготовка кадров в системе предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций», Санкт-Петербург, 14 сентября 2006 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 печатных работы, в том числе статья в журнале, рекомендованном ВАК Министерства образования и науки РФ.

Выводы по главе 3

1. В данной главе сформулирована и решена задача определения ранга пожара в жилых и административных зданиях. Математическую основу решения данной задачи составляет предложенный метод определения ранга пожара на основе теории нечётких множеств. Метод опирается на базу знаний специалистов. База знаний состоит из набора терм-множеств и эмпирических правил для работы с этими множествами. Предложенный метод решения задачи определения ранга пожара в административных и жилых зданиях можно применять для решения задач определения ранга пожара на различных объектах.

Основным достоинством данного метода является более точное решение задачи определения ранга пожара, так как используется расплывчатость границ между соседними классами состояний (ненулевая степень принадлежности объекта двум соседним оценкам), т. е. возможная принадлежность объекта различным классам по разным параметрам. Количество терм-множеств, применяемых в данном методе, может быть любое, и это не будет затруднять работу эксперта и специалистов из аналитической группы. К недостатку метода можно отнести трудность в формализации в виде терм-множества параметров, представленных дискретно (да/нет).

2. Для формализации параметров, характеризующих ранг пожара предложено использовать трапециевидную форму функции принадлежности, отражающей размытость границ оценки, которая позволит выявить всю полноту свойств объекта классификации.

3. Для учета важности параметров при оценивании объекта, каждому из них сопоставляется весовой коэффициент, пропорциональный вкладу параметра в оценку объекта. Относительную важность параметров, определяющих ранг пожара, предлагается оценивать методом парных сравнений на основе метода анализа иерархий.

4. Разработан алгоритм решения задачи по определению ранга пожара с применением методов построения диаграмм состояния исследуемого объекта в многомерном пространстве его параметров, с помощью которого получены численные критерии принадлежности ранга пожара, учитывающие зависимость ранга пожара от всей совокупности признаков.

5. В главе сформулированы задачи, для решения которых возможно применение разработанных информационных систем поддержки принятия решений по определению ранга пожара, заключающиеся в оценке текущего состояния пожара и динамики его развития и в сравнительном анализе эффективности деятельности руководителей пожарных подразделений на различных пожарах.

6. Полученные в ходе настоящего диссертационного исследования теоретические и методологические результаты были проверены на ряде практических примеров в процессе анализа пожаров, произошедших в городах Казахстана - Астана и Алматы, где в управлениях противопожарной службы ДПС МЧС РК реализованы ИСППР. На основании анализа данных можно сказать, что системы поддержки принятия решений по определению ранга пожара имеют достаточно высокую эффективность, во многих случаях решения, принятые РТП совпали с полученными ИСППР, а в некоторых случаях системы определили ранг пожара точнее, нежели руководители тушения пожара.

7. Для практического применения предлагается использовать два способа решения задачи по определению ранга пожара в ИСППР. Если все параметры возможно формализовать в виде терм-множеств, то рекомендуется использовать второй способ решения в ИСППР, если же для решения задачи будут отобраны параметры которые нельзя формализовать виде терм-множеств, то предлагается использовать первый способ решения в ИСППР.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного научного исследования в рамках диссертации осуществлено решение важной задачи - разработана информационная система поддержки принятия решений по определению ранга пожара в жилых и административных зданиях, а также математическая модель определения ранга пожара в жилых и административных зданиях, алгоритм и методика решения задачи определения ранга пожара в жилых и административных зданиях для использования в данной информационной системе.

Таким образом, цель работы - разработка научно-обоснованных методов принятия управленческих решений при определении необходимого количества сил и средств при тушении пожаров в условиях крупного города, позволяющих повысить эффективность функционирования пожарных подразделений за счет правильного определения ранга пожара в жилых и административных зданиях - достигнута.

В диссертации получены следующие основные результаты:

1. При ликвидации пожаров успех тушения во многом зависит от действий первого прибывшего руководителя тушения пожара. Как правило, он получает в полном объеме информацию об объекте и развитии пожара. Анализ пожаров показал также, что в основном первый прибывший руководитель тушения пожара действует, опираясь на сугубо субъективные факторы. Показано, что важнейшим направлением совершенствования оперативного управления пожарными подразделениями является совершенствование системы обработки информации и информационно-аналитической работы, как необходимых предпосылок выработки и принятия научно-обоснованных эффективных управленческих решений. Применение информационных технологий для повышения эффективности работы руководителя тушения пожара включает в себя в качестве важного звена поддержку принятия управленческих решений и прогноза последствий этих решений, а также результатов боевой работы по тушению пожара.

2. На основе результатов проведенного обзора существующих методов выявления экспертных знаний обосновано, что процесс выявления экспертных знаний для решения задачи определения ранга пожара целесообразно организовывать в форме классификации экспертом конкретных состояний каждого диагностического признака по их характерности для каждого ранга пожара. Научно обоснована методика и построен алгоритм решения задачи определения ранга пожара на основе экспертной классификации.

3. Разработана математическая модель определения ранга пожара в жилых и административных зданиях на основе теории нечетких множеств. Для формализации параметров, характеризующих ранг пожара, предложено использовать трапециевидную форму функции принадлежности, отражающей размытость границ оценки, которая позволит выявить всю полноту знаний об объекте. Относительную важность параметров ранга пожара предлагается определять методом парных сравнений на основе метода анализа иерархий, что позволит повысить точность решения задачи.

4. Разработана методика решения задачи определения ранга пожара в жилых и административных зданиях на основе применения методов построения диаграмм состояния исследуемого объекта в многомерном пространстве его параметров. Получены численные критерии принадлежности ранга пожара, учитывающие зависимость ранга пожара от всей совокупности параметров.

5. Проведен анализ типичных ошибок, с которыми могут сталкиваться эксперты при проведении экспертизы, и сформулированы требования к проведению экспертизы. В связи с тем, что наличие специалистов, знакомых с объектом экспертизы, является одним из главных требований получения качественной экспертной информации при проведении экспертизы, в работе разработан метод определения компетентности экспертов, позволяющий повысить уровень достоверности информации, получаемой от экспертов.

6. В работе сформулированы задачи, для решения которых возможно применение разработанной информационной системы поддержки принятия решений по определению ранга пожара, заключающиеся в оценке текущего состояния пожара и динамики его развития и в сравнительном анализе эффективности деятельности руководителей пожарных подразделений на различных пожарах.

7. Полученные в ходе диссертационного исследования теоретические и методологические результаты были проверены на ряде практических примеров в процессе анализа пожаров, произошедших в городах Казахстана - Астана и Ал-маты, где в управлениях противопожарной службы ДПС МЧС РК реализованы ИСППР. На основании анализа данных можно сказать, что системы поддержки принятия решений по определению ранга пожара имеют достаточно высокую эффективность, во многих случаях решения, принятые РТП совпали с полученными ИСППР, а в некоторых случаях системы определили ранг пожара точнее, нежели руководители тушения пожара.

1. Анисимов Б.П., Малыгин И.Г. Эффективные алгоритмы управления управляющих подсистем автоматизированных систем управления объектами. Учебное пособие. СПб.: СПбИ ГПС МЧС России, 2004.

2. Апраушева Н.Н. Элементарный курс теории принятия решений. М.: ИПУ РАН, 2000. 92 с.

3. Артамонов B.C., Кадулин В.Е., Чуприян А.П. Интеллектуальные информационные системы. Учебное пособие. СПб.: СПбУ МВД России, Академия права, экономики и безопасности жизнедеятельности, 2001.

4. Артамонов B.C., Кабанов А.А., Сметанин Ю.В. Теоретический анализ функций управления подразделениями ОМОН и внутренних войск МВД России. СПб.: Санкт-Петербургский университет МВД России, 2000. 97 с.

5. Афанасьев В.Г. Моделирование организационных структур управления. М.: ММИ им. С. Орджоникидзе, 1976.

6. Афанасьев В.Г. Научное управление обществом. М.: Политиздат, 1968.

7. Баратов А.П. и др. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справ, изд. в 2 книгах. М.: Химия, 1990.

8. Башлыков А.А., Еремеев А.П. Экспертные системы поддержки принятия решений в энергетике. М.: МЭИ, 1994. 216 с.

9. Белоногов Г.Г., Новоселов А.П. Автоматизация процессов накопления, поиска и обобщения информации. М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979. 256 с.

10. Бессмертнов В.Ф., Вязигин В.Г., Малыгин И.Г. Пожарная тактика в вопросах и ответах. Учебное пособие / Под общей ред. B.C. Артамонова. СПб.: СПбИ ГПС МЧС России, 2003. 192 с.

11. Бешелев С.Д., Гурвич Ф.Г. Математико-статистические методы экспертных оценок. М.: Статистика, 1980. 142 с.

12. Борисов А.Н. Принятие решений на основе нечетких моделей. Примерыиспользования. Рига: Зинанте, 1990. 240 с.

13. Борисов А.Н., Алексеев А.В., Меркурьева Г.В. Обработка нечеткой информации в системах принятия решений. М.: Радио и связь, 1989. 304 с.

14. Брукинг А., Джонс П., Кокс Ф. Экспертные системы. Принципы работы и примеры. М.: Радио и связь, 1987.224 с.

15. Брушлинский Н.Н. и др. Системный анализ и проблем пожарной безопасности народного хозяйства. М.: Стройиздат, 1988. 413 с.

16. Брушлинский Н.Н. Моделирование оперативной деятельности пожарной службы. М.: Стройиздат, 1981.96 с.

17. Брушлинский Н.Н. Системный анализ деятельности Государственной противопожарной службы. М.: МИПБ МВД РФ, 1998. 255 с.

18. Брушлинский Н.Н., Микеев А.К., Бозуков Г.С. и др. Совершенствование организации и управления пожарной охраной. М.: Стройиздат, 1986. 152 с.

19. Брушлинский Н.Н., Соколов С.В., Вагнер П. Проблемы обеспечения пожарной безопасности в мире на рубеже столетий // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. М.: ВИНИТИ, 2000. Вып.6. с. 68-102

20. Бурков В.Н., Ириков В.А. Модели и методы управления организационными системами. М.: Наука, 1994.

21. Бурков В.Н., Кондратьев В.В. Механизмы функционирования организационных систем. М.: Наука, 1981.

22. Бурков В.Н., Новиков Д.А. Как управлять организациями. М.: Синтег, 2004.

23. Вагин В.Н. Дедукция и обобщение в системах принятия решений. М.: Наука, 1988. 383 с.

24. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука, 1969. 576 с.

25. Воробьев Н.Н. Теория игр для экономистов-кибернетиков. М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1985. 272 с.

26. Гаврилова Т.А., Червинская К.Р. Извлечение и структурирование знаний для экспертных систем. М.: Радио и связь, 1992. 200 с.

27. Герасимов В.Е., Прытов А.А., Шумилов А.А., Янбых Г.Ф. Концепция создания сети передачи данных систем управления авиационными перевозками. М.: ГВЦГА, 1997. 97 с.

28. Гитман М.Б. Введение в теорию нечетких множеств и интервальную математику. Учебное пособие. Ч. 1. Применение лингвистической переменной в системах принятия решений. Пермь: ПГТУ, 1998. 45 с.

29. Глуховенко Ю.М., Коробко В.Б. Организационное проектирование многофункциональной пожарно-спасательной службы. М.: издательство «АРС», 2003. 291с.

30. Глуховенко Ю.М. Методологические основы проектирования организационной структуры Государственной противопожарной службы. М.: издательство «АРС», 2001.

31. Глушков В.М. О системной оптимизации // Кибернетика № 5. 1980. с. 89-91.

32. Глушков В.М. Основы безбумажной информатики. М.: Наука, 1987. 552 с.

33. Горенский Б.М. Принципы построения автоматизированной системы управления. Красноярск: ГАЦМиЗ, 1995. 84 с.

34. ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования.

35. ГОСТ 34.003-90. Автоматизированные системы. Термины и определения.

36. ГОСТ ИСО/МЭК 62-2000. Общие требования к органам, осуществляющим оценку и сертификацию систем качества.

37. ГОСТ ИСО 19011-2003. Руководящие указания по аудиту систем менеджмента, качества экологического менеджмента.

38. Грачев Е.В. Общие принципы оценки и анализа эффективности управления оперативной деятельностью пожарных частей // Юбилейный сборник статей «Научные идеи, направления, традиции». СПб.: СПбВПТШ МВД РФ, 1996.

39. Григорьев Л.И., Арабаджи М.С., Гасымов И.Т. Экспертные системы и их применение (на примере нефтегазовой геологии). М: ИРЦ «Газпром», 1993. 69 с.

40. Грошков А.Н., Старков Ф.А., Томакова Р.А. Однокритериальные задачи принятия решений. Курск: 1997. 124 с.

41. Губер О. Информация, представленная и фактически обработанная в задаче принятия решения. М.: ВЦП, 1992. 16 с.

42. Дружинин В.В., Канторов Д.С. Проблемы системологии. М.: Советское радио, 1976.

43. Дэвид Г. Метод парных сравнений. М.: Статистика, 1978. 144 с.

44. Еремеев А.П. Экспертные модели и методы принятия решений. М.: МЭИ, 1995.110 с.

45. Ерофеев А.А., Поляков А.О. Интеллектуальные системы управления. СПб.: СПбГТУ, 1999. 265 с.

46. Ефимова С.М. и др. Теоретические основы и методика создания системы управления базой знаний «Триада». М.: ИПУ РАН, 1998.28 с.

47. Заде JI.A. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию проблемных решений. М.: Мир, 1976.161 с.

48. Иванников В.П., Клюсс П.П. Справочник руководителя тушения пожара. М.: Стройиздат, 1987.

49. Искусственный интеллект: Справочник в 3 кн. Кн. 1. Системы общения и экспертные системы // Под редакцией Э.В. Попова. М.: 1990. 464 с.

50. Каплинский А.И., Руссман И.Б., Умывакин В.М. Моделирование и алгоритмизация слабоформализованных задач выбора наилучших вариантов систем. Воронеж: ВГУ, 1990. 168 с.

51. Керов JI.A., Частиков А.П., Юдин Ю.В., Юхтенко В.А. Экспертные системы: инструментальные средства разработки. СПб.: Политехника, 1996. 220 с.

52. Климовцов В.М. Распределенные системы поддержки принятия решений в управлении Государственной противопожарной службой // Материалы 11 международной конференции «Системы безопасности» СБ-2002. М.: Академия ГПС МЧС России, 2002. с. 145 -146

53. Климовцов В.М. Решение задачи экспертной классификации по определению ранга пожара в административных и жилых зданиях // Вестник Академии ГПС МЧС России, № 1. М.: Академия ГПС МЧС России, 2004.

54. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1984.

55. Коробко В.Б. Расширение функций Государственной противопожарной службы: вопросы теории и практики. М.: издательство «АРС», 2002.

56. Кофман А. Введение в теорию нечетких множеств. М.: Радио и связь, 1982. 432 с.

57. Кузнецов В.Е. Представление в ЭВМ неформальных процедур: продукционные системы. М.: Наука, 1989. 160 с.

58. Лапко А.В., Ченцов С.В. Многоуровневые непараметрические системы принятия решений. Новосибирск: Сиб. отд. РАН, 1997. 192 с.

59. Лапко А.В., Ченцов С.В., Красов С.И., Фельдман Л.А. Обучающиеся системы обработки информации и принятия решений. Новосибирск: Наука, 1996. 296 с.

60. Лаптев Г.Ф. Элементы векторного исчисления. М.: Наука, 1975.

61. Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений, а также хроника событий в Волшебных странах. М.: Логос, 2002. 392 с.

62. Ларичев О.И., Мошкович Е.М. Качественные методы принятия решений. Вербальный анализ решений. М.: Наука. Физматлит, 1996.208 с.

63. Литвак Б.Г. Экспертные оценки и принятие решений. М.: Патент, 1996. 271 с.

64. Лорьер Ж.-Л. Системы искусственного интеллекта. М.: Мир, 1991. 568 с.

65. Малыгин И.Г., Жуков Ю.И., Смольников А.В. Применение функционального моделирования в деятельности Государственной противопожарной службы / Вестник Санкт-Петербургского института ГПС МЧС России, №2(5). СПб.: СПбИ ГПС МЧС России. 2004.

66. Малыгин И.Г., Цыганов В.В., Ближин А.А. Адаптивные механизмы управления пожарно-спасательными подразделениями. Монография. СПб.: СПбИ ГПС МЧС России, 2005.

67. Мешалкин Е.А., Кокушкин В.А., Дударев Г.И. Системы поддержки принятия решений и перспектива их использования в пожарной охране // Обзор информации. М.: ГИЦ МВД СССР, 1989. с. 39

68. Мешалкин Е.А., Кокушкин В.А., Дударев Г.И. Экспертные системы и перспектива их использования в пожарной охране // Обзор информации. -М.: ГИЦ МВД СССР, 1988. с. 43

69. Микони С.В., Баушев А.Н. Методы и алгоритмы принятия решений. Учебное пособие. Ч. 2. СПб.: ПГУПС, 1996. 54 с.

70. Мушик Э., Мюллер П. Методы принятия технических решений. М.: Мир, 1980. 208 с.

71. Нейлор К. Как построить свою экспертную систему. М.: 1991. 286 с.

72. Ногин В.Д., Чистяков С.В. Применение линейной алгебры в принятии решений. СПб.: СПбГТУ, 1998. 40 с.

73. Плотников В.Н., Зверев В.Ю. Принятие решений в системах управления. Часть 1: Теория и проектирование алгоритмов принятия оперативных решений: Учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ, 1993. 172 с.

74. Плотников В.Н., Зверев В.Ю. Принятие решений в системах управления. Часть 2: Теория и алгоритмы принятия проектных решений для многообъектных распределенных систем управления. Учебное пособие. М.: Изд-во МГТУ, 1994. 144 с.

75. Повзик Я.С. Пожарная тактика. М.: ЗАО «Спецтехника», 1999. 411с.

76. Поляков А.О. Интеллектуальные системы управления. Введение в прикладную теорию. СПб.: СПбГТУ, 1997. 88 с.

77. Попов Э.В., Фоминых И.Б., Кисель Е.Б., Шапот М.Д. Статические и динамические экспертные системы. М.: Финансы и статистика, 1996. 320 с.

78. Поспелов Д.А. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта. М.: Наука, 1986. 312 с.

79. Представление знаний и экспертные системы // Научный редактор В.В. Александров. Л.: Ленинградский институт информатики и автоматизации АН СССР. 1989. 194 с.

80. Программные и аппаратные средства / Под редакцией В.Н. Захарова, В.Ф. Хорошевского. М.: Радио и связь. 1990. 368 с.

81. Ростокуев В.В. Экспертная система для обработки данных контроля загрязнения атмосферы. СПб.: 1997. 261 с.

82. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. М.: 1993. 320 с.

83. Саати Т., Керне К. Аналитическое планирование. Организация систем. М.: Радио и связь, 1991. 200 с.

84. Смородинский С.С., Батин Н.В. Алгоритмы и программные средства интеллектуальных систем принятия решений. Минск: БГУИР, 1994. 68 с.

85. СНиП 2.08.02 89* «Общественные здания и сооружения». М.: ВНИИ-ПО МВД СССР, 1989.

86. СНиП 2.01.02 85* «Противопожарные нормы». М.: ВНИИПО МВД СССР, 1985.

87. Соложенцев Е.Д. Введение в интеллектуальные АРМ и экспертные системы в машиностроении. СПб.: ЛИАП, 1991. 86 с.

88. Терано Т., Асан К., Суджено М. Прикладные нечеткие системы. М.: Мир, 1993.320 с.

89. Теребнев В.В., Теребнев А.В., Подгрушньий А.В., Грачев В.А. Тактическая подготовка должностных лиц органов управления силами и средствами на пожаре. М.: Академия ГПС МЧС России, 2004. 285 с.

90. Теребнев В.В., Теребнев А.В., Управление силами и средствами на пожаре. М.: Академия ГПС МЧС России, 2003. 261 с.

91. Тихомиров М.М. Системы информационной и интеллектуальной поддержки управленческой деятельности в структурах государственной службы. М.:РАГС, 1995. 185 с.

92. Тихонов А.Н., Цветков В.Я. Методы и системы поддержки принятия решений. М.: МАКС Пресс, 2001. 312 с.

93. Топольский Н.Г., Мосягин А.Б., Коробков В.В., Блудчий Н.П. Информационные технологии управления в государственной противопожарной службе // Учебное пособие. М.: Академия ГПС МВД России, 2001. 168 с.

94. Топольский Н.Г. Основы автоматизированных систем пожаровзрыво-безопасности объектов. М.: МИНЬ МВД России, 1997. 165 с.

95. Трахтенгерц Э.А. Компьютерная система поддержки принятия решений. М.: Синетег, 1998. 376 с.

96. Уотерман Д., Хейес-Рот Ф., Ленат Д. Построение экспертных систем. М.: Мир, 1987.441 с.

97. Фаттахон А.А. Установление причины пожара с применением экспертных систем // Сб. трудов «Проблемы горения и тушения пожаров на рубеже веков». Ч. 1. М.: ВНИИПО МВД России, 1999. с. 75-77.

98. Ю5.Фути К., Сулзуки Н. Языки программирования и схемотехника СБИС. М.: Мир, 1988. 224 с.

99. Ю8.Чери С., Готлоб Г., Танка JI. Логическое программирование и базы данных. М.: Мир, 1992. 352 с.

100. Шапиро Д.И. Принятие решений в системах организационного управления. Использование расплывчатых категорий. М.: Энергоатомиздат, 1983. 184 с.

101. ПО.Шеховец О.И., Чертовской В.Д., Шафрин Б.М. Интеллектуальные средства поддержки принятия управленческих решений. СПб.: СПбГТУ, 2000. 60 с.

102. Ягер Р. Нечеткие множества и теория возможностей. Последние достижения. М.: Радио и связь, 1986. 408 с.