автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Математические модели и алгоритмы для автоматизированного управления процессами ликвидации чрезвычайных ситуаций

На правах рукописи

РОДИЧЕВ ВЯЧЕСЛАВ АНАТОЛЬЕВИЧ

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ДЛЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ ЛИКВИДАЦИИ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ

Специальность: 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка

информации (в технической отрасли)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени ,, кандидата физико-математических наук

Саратов 2006

Работа выполнена в Институте проблем точной механики и управления Российской академии наук

Научный руководитель: член - корреспондент РАН,

доктор технических наук Резчиков Александр Федорович

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор физико-математических наук, профессор Розен Виктор Владимирович

доктор технических наук, профессор

Львов Алексей Арленович

Институт проблем управления сложными системами РАН (Самара).

Защита состоится 15 ноября 2006 г. в 15 час. на заседании диссертационного совета К.002.227.01 Института проблем точной механики и управления РАН по адресу: 410028 г. Саратов, ул. Рабочая 24, Институт проблем точной механики и управления РАН, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Института проблем точной механики и управления РАН.

Автореферат разослан «-У » октября 2006 г. Ученый секретарь диссертационного совета Петров Д.Ю.

Z.&O0A

гсяог. з

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Интенсивное развитие современной промышленности, быстрый рост населения планеты, невысокий уровень экологического сознания многих руководителей экономики и политиков, разрушительные военные конфликты часто приводят к возникновению крупных аварий, стихийных бедствий, эпидемий и катастроф. Так, только на территории России за год в среднем происходит около 230 - 250 крупных событий чрезвычайного характера, связанных с опасными природными явлениями, и 900 - 950 техногенных катастроф.

Один из путей уменьшения разрушительного воздействия этих чрезвычайных ситуаций и сокращения ущерба от их возникновения связан с использованием возможностей современной вычислительной техники и информационных технологий, позволяющих улучшить подготовку персонала Российской системы предупреждения и действий в чрезвычайных ситуациях (РСЧС) и значительно повысить эффективность оперативного управления объектами и территориями при ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

В настоящее время разработаны, прошли проверку практикой и успешно функционируют в составе РСЧС различные информационные системы, в том числе центр управления в кризисных ситуациях (ЦУКС), системы оперативно-диспетчерского управления в чрезвычайных ситуациях (ОСОДУ), единые дежурно-диспетчерские службы (ЕДЦС), системы мониторинга окружающей среды, прогнозирования и ликвидации чрезвычайных ситуаций на потенциально опасных промышленных объектах и др.

Вместе с тем на объектовом уровне РСЧС, сформированном на крупных промышленных предприятиях и в организациях, большинство систем оперативного управления позволяют обеспечить рациональный режим работы только отдельно взятых групп оборудования в стереотипных производственных ситуациях и, как правило, не выдают рекомендаций оперативно-диспетчерскому персоналу при возникновении аварийных и нештатных ситуаций комплексного характера, затрагивающих весь производственный процесс в целом. Между тем, как показывает практика, многие чрезвычайные ситуации развиваются на основе техногенных происшествий именно этого уровня вследствие конструктивных недостатков и изношенности используемого оборудования, низкой квалификации и халатности производственного персонала, серьезных нарушений техники безопасности и т.д.

Указанное обстоятельство обусловливает необходимость разработки и внедрения в составе математического обеспечения информационных систем РСЧС новых моделей, алгоритмов и комплексов программ, позволяющих улучшить подготовку оперативно-диспетчерского персонала промышленных предприятий, а также значительно повысить эффективность

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С.-Петербург

ОЭ 200бактЗЗЗ

оперативного управления объектами и территориями при ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

Тема диссертации, внедрение основных результатов проведенных исследований непосредственно связаны с приоритетными направлениями развития науки и техники Российской Федерации, а также с ее критическими технологиями в следующих разделах и пунктах.

Приоритетные направления развития науки, технологий и техники в Российской Федерации. 04 Информационно-телекоммуникационные системы

Перечень критических технологий Российской Федерации. 21 Технологии снижения риска и уменьшения последствий природных и техногенных катастроф

Кроме того, тема диссертации связана с основными научными исследованиями, проводившимися в течение ряда лет в лаборатории «Системные проблемы автоматизации и управления в машиностроении» Института проблем точной механики и управления РАН, а также на кафедрах «Системотехника» и «Информационные системы» Саратовского государственного технического университета.

Характеристика целей исследования. Основная цель диссертации заключается в разработке моделей, алгоритмов и программных комплексов оперативного управления объектами и территориями при ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, а также во внедрении результатов исследований в составе математического обеспечения информационных систем РСЧС объектового и территориального уровня.

Предметом исследования является процесс оперативного управления объектами и территориями, осуществляемый в информационных системах РСЧС при ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

Методы исследования. В диссертации использованы методы теории управления, теории графов, динамического программирования, дискретной математики, искусственного интеллекта, функционального анализа, концептуального и логического проектирования баз данных информационных систем.

Научная новизна работы: 1. Впервые разработан комплекс математических моделей, позволяющий формализовать описание стереотипных чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в системах оперативного управления промышленных предприятий и организаций. Его характерной особенностью является объединение в составе единого математического обеспечения логико-лингвистических, динамических графовых и логических моделей объекта управления, допускающих работу с зависимостями качественного типа, наглядных и удобных

для ЛПР, а также широко используемых при создании интегрированных систем управления сложными производственными процессами.

2. Предложены и обоснованы ранее неизвестные математические модели и алгоритмы, позволяющие формальным способом проверить выполнимость планов мероприятий, используемых при ликвидации чрезвычайных ситуаций. Проверка основана на описании плана мероприятий системой продукций, формировании на ее основе логической функции, таблица истинности которой позволяет сделать вывод относительно выполнимости намеченного плана мероприятий в условиях конкретной чрезвычайной ситуации.

3. Установлено, что величина ущерба от чрезвычайной ситуации может быть аппроксимирована разработанной в диссертации нелинейной функцией. Включение данной функции в состав подынтегрального выражения критерия оптимизации ущерба позволило разработать новые, более эффективные математические модели и алгоритмы, используемые в процессе оперативного управления объектами и территориями.

4. Сформирована и апробирована на практике методика внедрения разработанного математического обеспечения, состоящего из моделей, алгоритмов и комплексов программ, в информационных системах РСЧС объектового и территориального уровня.

Достоверность теоретических разработок, научных положений и выводов подтверждается корректностью применения математического аппарата теории управления, функционального анализа, теории графов, согласованностью результатов теоретических расчетов с данными, определенными в процессе практической апробации работы, имитационным моделированием процесса ликвидации чрезвычайных ситуаций, а также натурными экспериментами с математическим обеспечением информационных систем РСЧС объектового и территориального уровня.

Практическая значимость. Разработанные в диссертации модели, методы и программные продукты позволяют реализовать на практике новые, более эффективные алгоритмы оперативного управления объектами и территориями при ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера и минимизировать ущерб от их возникновения.

Основные теоретические положения диссертационной работы в виде математических моделей, методик, алгоритмов и программ были внедрены в составе информационных систем ОАО "Транспортное машиностроение" (г. Энгельс), а также в структурных подразделениях Главного Управления МЧС по Самарской области. Суммарный годовой экономический эффект от внедрения основных результатов диссертации составил 660 тысяч рублей.

Кроме того, результаты диссертации были использованы в учебном процессе на кафедрах «Системотехника» и «Информационные системы»

Саратовского государственного технического университета, а также успешно применены при выполнении работ по теме «Исследование и разработка человеко - машинных методов анализа и синтеза дискретных систем управления сложными объектами», включенной в состав основных заданий Института проблем точной механики и управления РАН. На защиту выносятся:

- формализованное описание распространенных чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, состоящее из комплекса логико-лингвистических моделей, динамических графовых моделей, а также моделей, построенных на основе аппарата булевой алгебры и логических функций;

- методика, математические модели и алгоритмы, позволяющие оценить возможность выполнения намеченного плана мероприятий по нормализации обстановки на контролируемых объектах и территориях; методика основана на описании плана мероприятий системой продукций, формировании на ее основе логической функции, позволяющей сделать выводы относительно возможности или невозможности реализации намеченного плана мероприятий в сложившихся условиях;

- математические модели и алгоритмы оперативного управления объектами и территориями, ориентированные на использование в составе информационных систем РСЧС;

- математические модели и алгоритмы для оценки ущерба, причиненного чрезвычайной ситуацией природного и техногенного характера;

- типовое информационно-программное обеспечение, позволяющее реализовать оперативное управление процессом нормализации обстановки на контролируемых объектах и территориях по критерию минимума ущерба;

- методика внедрения разработанных моделей, алгоритмов и программ в составе математического обеспечения информационно-вычислительных центров РСЧС объектового и территориального уровня. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы

докладывались и обсуждались в 2002 - 2006 г.г. на научных семинарах кафедр «Системотехника» и «Информационные системы» Саратовского государственного технического университета, научно - практических семинарах лаборатории «Системные проблемы автоматизации и управления в машиностроении» Института проблем точной механики и управления РАН, а также на б конференциях различного уровня: Международной научной конференции «Проблемы национальной безопасности России» (Саратов, 2004); Всероссийской научно-практической конференции «Технологии Интернет - на службу обществу (актуальные проблемы использования и развития Интернет/Интранет технологий)» (Саратов, 2005); III Всероссийской научно -практической конференции «Молодежь и современные информационные технологии» (Томск, 2005); Всероссийской научно -

практической конференции «Сложные системы. Анализ, моделирование, управление» (Саратов, 2005); XIX Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Воронеж, 2006); 2 Международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2006).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы автором в 11 работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, списка использованной литературы и приложения; содержит 168 страниц текста, в том числе 29 рисунков, 7 таблиц, список использованной литературы состоит из 114 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель, научная новизна и практическая значимость работы, представлены основные научные положения и результаты диссертации, выносимые на защиту.

В первой главе выполнена классификация чрезвычайных ситуаций, проанализированы задачи аварийно - спасательных служб при ликвидации очага поражения, рассмотрены проблемы организации экстренной помощи за рубежом, выполнен обзор состояния и перспектив развития современных систем оперативно-диспетчерского управления РСЧС и осуществлена постановка задачи оперативного управления объектами и территориями в чрезвычайных ситуациях природного и техногенного характера.

В качестве основной рассматривается задача оперативного управления объектами и территориями в чрезвычайных ситуациях природного и техногенного характера, постановка которой имеет следующую формулировку. Для информационно - управляющих систем объектового и территориального уровня, входящих в состав РСЧС, разработать формальные

модели и алгоритмы, позволяющие на временном интервале \ , ¡А при

н к •

известных параметрах среды х(г)е

ЛГ(/)[ и управляющих воздействиях

и(г)е] £/(/)>, характеризующих чрезвычайную ситуацию\у(х(0,"(0)> в тече-

ние отведенного на решение данной задачи времени выполнить следующие действия:

- осуществить переход из начального состояния $0(/) е { } в конечное состояние як(() е { 5(0 }, минимизируя функцию ущерба, причиненного

'к -> ->

чрезвычайной ситуацией /£>(*(/), ы(/) Л ->ппп, (1)

г

н

при известных ограничениях, наложенных на продолжительность работ по ее ликвидации / -< <г, на величину максимально допустимого

Л Н

ущерба [ ^ О , а также при других функциональных ог-

^ шах

н

раничениях в виде равенств и неравенств, описывающих особенности функционирования объекта и системы управления, и граничных условиях;

в режиме реального времени проанализировать возможность осуществления разработанного плана мероприятий, направленного на ликвидацию чрезвычайной ситуации и>(х(/),ы(/)), и при необходимости провести его коррекцию.

(/((И - время начала и окончания чрезвычайной ситуации; -Отах" максимально допустимая величина ущерба; е,п.,1 = 1,4 - известные константы;

{£"(/>} - множество допустимых состояний контролируемых объектов и территорий, [РГ(ЛГ(0,С/(0)] - множество чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера).

Во второй главе разработаны логико-лингвистические и графовые модели сложных чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера и построены математические модели, позволяющие оценить степень выполнения плана намеченных мероприятий на текущий момент времени, определить мероприятия, препятствующие успешному осуществлению разработанного плана и оценить возможность выполнения плана при различных условиях, характеризующих неконтролируемые воздействия окружающей среды. При разработке данных математических моделей был использован формальный аппарат теории фреймов, а также графовых моделей, получивших значительное распространение в системах управления компьютерно - интегрированных производств.

Информация ситуационного фрейма «Описание чрезвычайной ситуации» хранится в нормализованной базе данных реляционного типа в виде следующих отношений: ЧРЕЗВЫЧАЙНАЯ СИТУАЦИЯ, ПЛАН МЕРОПРИЯТИЙ, ДОКУМЕНТЫ, ОБЪЕКТЫ И ТЕРРИТОРИИ, ПРИЧИНА, СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ, ПОСЛЕДСТВИЯ. На основании этих характеристик чрезвычайной ситуации строятся две математические модели, используемые при анализе на реалистичность планов мероприятий по ликвидации чрезвычайной ситуации.

Модель А. Делается допущение, что план мероприятий М по ликвидации чрезвычайной ситуации можно представить в виде ориентированного графа G(U,E), множество вершин U которого - мероприятия разработанного плана, а множество Е - дуги, соединяющие эти вершины u.eU. При

этом вершины eU графа G(U,E) соединяются дугой е„ еЕ в том и только том случае, если для двух мероприятий плана соответ-

ствующих этим вершинам, выполняется отношение RI- «выполнение не-транзитивно зависит от».

В процессе формирования модели А граф G(U, Е) описывается системой продукций, формируемой по следующему алгоритму.

Алгоритм 1

1. Начало работы.

2. На графе G(U,E) определить вершину и* с нулевой полустепеныо

_ *

захода d (и ) = 0 На схеме плана мероприятий М эта. вершина соответствует вершине - «План мероприятий выполнен».

3. На графе G{U,E) определить все вершины и^, и^, и^, ... ,

е U, соединенные дугами с вершиной и*.

4. В формируемую продукционную модель записать условие:

ПЛАН М БУДЕТ ВЫПОЛНЕН, ЕСЛИ ВЫПОЛНЕНЫ МЕРОПРИЯТИЯ, СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ВЕРШИНАМ ГРАФА U^AND U^AND

ию AND ... AND Ul0

5. Для вершины определить все вершины и у и^, и^, ... , и^, соединенные дугами с вершиной и^.

6. В формируемой продукционной модели записать условие: МЕРОПРИЯТИЕ UmQ БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ ВЫПОЛНЕНЫ МЕРОПРИЯТИЯ, СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ВЕРШИНАМ ГРАФА U ,AND U,.AND U.. AND ... AND U„

ml к 1 AI Л

7. Продолжить формирование продукционной модели до тех пор, пока не будут достигнуты конечные вершины графа G(U,E), т.е. вершины

с нулевой полустепеныо исхода d+(u ) = 0.

К

8. Конец алгоритма.

По известным правилам, используемым при проектировании цифровых ЭВМ, системе продукций ставится в соответствие логическая функция

^и1к'и2к....."vP' ГДе u\k'u2k'""uvk~ конечные вершины графа G(U,E), т.е

вершины, полустепень исхода которых равна нулю. При этом каждый ар-

гумент u.j функции должен принимать значение 1 или О,

что будет означать выполнение или невыполнение мероприятия т.. еМ, соответствующего вершине и., графа G(U,E). Логическая функция принимает следующие значения:

) 1, если план выполнен . . , 1 к ¿к vie V0, если план не выполнен

Задавая различные комбинации значений аргументов u0ik,u°2k>->u°vk и определяя соответствующие этим аргументам значения функции f(uQik,u°2k,-,u°vk), можно анализировать степень выполнения плана намеченных мероприятий; определить невыполненные мероприятия, сдерживающие успешное осуществление разработанного плана, и получить новые знания об условиях выполнения плана М.

Модель В. Данная модель строится на основе модели А и отличается от нее тем, что учитывает влияние на выполнение отдельных мероприятий плана т. е М различных условий, задаваемых управленческим персоналом

на основе личного опыта, интуиции, хорошего знания особенностей функционирования объекта и системы управления и т.д. Данные условия могут носить необходимый или достаточный характер и касаться выполнения тех или иных мероприятий плана М. При этом указанные условия могут быть сформированы как заранее, на этапе первоначальной разработки плана мероприятий, так и добавлены в этот план в процессе его практической реализации. Условия должны быть представлены в виде продукций и объединяться операциями AND, OR, NOT. В частности, они могут иметь следующий вид:

МЕРОПРИЯТИЕ т. БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ (<Н1> <N1) OR ((Н2

< N2 AND НЗ > N3) AND Н4 < N4); (2)

HI:: = <Число погибших людей>;

Н2:: = продолжительность поражающего воздействия, час>;

НЗ:: = <Степень повреждения объектов, %>;

Н4:: = < Продолжительность аварийного периода, час>;

(I - порядковый номер мероприятия в плане М; HI, Н2, НЗ, Н4 - логико-

лингвистические переменные, значения которых заданы приведенными

выше соотношениями; N1, N2, N4, N4 - известные константы)

Использование условий (2) позволяет повысить качество планирования мероприятий по ликвидации чрезвычайных ситуаций, заранее проверить выполнимость разработанного плана в сложившейся ситуации. Кроме того, данные продукции могут заноситься в базу данных чрезвычайных ситуаций вместе с данными и документами, регламентирующими поведение оперативно-диспетчерского персонала и использоваться как в

процессе подготовки и принятия решений при ликвидации ситуаций, так и на этапе обучения персонала МЧС.

Для выполнения указанных действий, как и в случае использования модели А. по структурной схеме плана мероприятий М в соответствии с алгоритмом 1 формируется граф G^(U,E). Отличием является добавление в

пункты 4, б и 7 алгоритма 1 продукций (2), связывающих реализацию тех или иных мероприятий плана т. е М с выполнением предварительно заданных условий. Затем по графу G^(U,E) формируется логическая функция

f(-ulk'u2k'""uvk^ ("\k'u2k''"'uvk~ конечные вершины графа G^U.E)) и синтезируется цифровое устройство на базе конъюнкторов, дизъюнкторов и инверторов, имеющее ту же таблицу состояний, что и логическая функция ^u\k'u2k'"',uvk^' Ф°РмиРование логической функции и синтез цифрового

устройства DU осуществляется по той же методике, что и при построении модели А.

При помощи цифрового устройства DU, реализация которого может быть осуществлена как программным, так и аппаратным путем, оценивается возможность выполнения плана при различных условиях.

Оценка возможности выполнения намеченного плана мероприятий. На текущий момент времени анализируется выполнение всех мероприятий т.еМ, а также условий выполнения этих мероприятий, входящих в состав

продукций (2). На вход цифрового устройства DU подаются единичные сигналы, соответствующие уже выполненным мероприятиям и условиям, и нулевые сигналы - соответствующие невыполненным.

Определяется сигнал на выходе DU. Если он равен 1, то в текущий момент времени имеются все условия для осуществления плана М по ликвидации возникшей чрезвычайной ситуации w(x{t),z{t)). В противном случае путем подбора соответствующих входных сигналов определяются условия осуществления как отдельных мероприятий т.еМ, так и всего плана М в

целом.

В третьей главе диссертации разработаны математические модели для определения ущерба от чрезвычайной ситуации, разработан алгоритм решения задачи методом динамического программирования и рассмотрен модельный пример, иллюстрирующий применение разработанного математического обеспечения ликвидации чрезвычайной ситуации, связанной с затоплением контролируемых объектов и территорий во время паводка.

Модель для приближенной оценки ущерба. В основу модели приближенной оценки ущерба была положена гипотеза о том, что величина

ущерба D(x(r ),ы(Г ) на интервале ДТ {Т е ДТ,Т = const) пропорциональ-

на расстоянию между точками 5 е {5 }, характеризующими текущее и конечное положение объекта управления в пространстве состояний { 5 } :

П(х(Т1),и(Т1)) = кр5;

2

»=1 '

(и1.,ик. - значения управляющих координат в точках 5, и х(.,хк. - зна-

чения параметров среды в точках 5 и Я,; п ,п - количество управляю* К у 2.

щих координат и параметров среды, учитываемых при ликвидации чрезвычайной ситуации, соответственно; ^,/=1,« - весовой коэффициент,

показывающий степень влияния отклонения по 1-й координате на величину ущерба; к- известный масштабирующий коэффициент, используемый для расчета ущерба в денежном выражении).

Модель для уточненной оценки ущерба. Рассмотрим особенности формирования функции ущерба на примере чрезвычайной ситуации, ежегодно возникающей во многих регионах страны во время паводка. Перед началом паводка увеличивается уровень воды в реках и водохранилищах, происходит затопление пойменных участков и низин, что тем не менее не приводит к возникновению ущерба. При продолжающемся быстром таянии снега и выпадении осадков отклонение входных координат выходит за величину е / = 1,^ , и возникает ущерб, величина которого на интервале

описывается линейной функцией £>. =к.е, +Ь., ¡ = 1,п^ . Данный

этап развития чрезвычайной ситуации соответствует умеренному затоплению контролируемых объектов и территорий и возникновению ущерба, ве-

личина которого прямо пропорциональна величине е. е

Если количество воды, поступающей на контролируемые объекты и территории, продолжает возрастать или нарушается ее нормальный отток, то ущерб будет увеличиваться экспоненциально, что соответствует этапу остановки работы на промышленных и сельскохозяйственных объектах, затоплению жилых домов, административных зданий и сооружений и др.

Эти явления могут происходить, например, вследствие разрушения дамбы, переполнения водохранилища, изменения русла реки, подъема уровня воды в заливе вследствие ураганного ветра и т.д. Таким образом, на данном этапе развития чрезвычайной ситуации ущерб описывается за-

висимостью В.=а. е. е [г™1;^21 / = 1,и, + «„ (а,- основание известной

1 ¡'11111 1 2 у I

степенной функции, а >• 1). Данный этап развития чрезвычайной ситуации

длится непродолжительное время и приводит практически к полной остановке хозяйственной деятельности на всей контролируемой территории, а также весьма затрудняет нормальную жизнедеятельность людей. В отдельных, наиболее тяжелых случаях на данном этапе возможно возникновение и человеческих жертв. При продолжающемся неблагоприятном развитии чрезвычайной ситуации наступает ее последний этап, связанный с постепенным ростом ущерба ввиду продолжающегося затопления контролируемых объектов и территорий. На данном этапе величина ущерба, как и в предыдущем случае, описывается линейной функцией, но с другими коэффициентами: £>. = к* е. +Ь*, е. е [е^/ = 1,и .

С учетом сделанных допущений при использовании данной модели величина ущерба £>., / = 1,и +«2 на различных этапах развития чрезвычайной ситуации может быть определена из следующего выражения: О, при е. е [о,ег.];

к.е. +Ь„ при е. 6 ;

II I I 1 ; ( ] _

е г •) > 1 = \,п+п (4)

> т\ тО. 1 ^

I Г

а.',при в

I >

к*е.+Ь*, при е. е

I 1 1

а суммарный ущерб от возникновения чрезвычайной ситуации определит-п *

ся из выражения О = У В . (к ,а„к - известные коэффициенты). = 1 ' ' 1

Алгоритм решения задачи методом динамического программирования. Представим процедуру оперативного управления объектами и территориями при ликвидации чрезвычайной ситуации >с(*(0МО) на временном интервале ДТ в виде дискретно - распределенного процесса, состоящего из % стадий. Допустим, что на каждой стадии ц контролируемые

объекты и территории могут находиться в одном из состояний >' = !>£, к=\,пц (т.- количество состояний на стадии g.)■ Будем также

считать, что в процессе подготовки к действиям в условиях чрезвычайных ситуаций управленческим персоналом РСЧС были разработаны планы мероприятий Р. 1 = 1,к= позволяющие осуществить перевод контролируемых объектов и территорий из состояний стадии g в состояния ста-

дии g. . Каждому плану Р.,/ = 1,£, £=1,м/ ликвидации возникшей чрез-

I +1 I К

вычайной ситуации w(x(/),«(0) ставится в соответствие функция ущерба D.k, r = l,g, к=1,т,-, значение которой определяется по одной из разработанных выше методик. В качестве критерия оптимальности решаемой задачи используется функция £=££>. (D- ущерб объекта управления на

; = 1 ' '

1-й этапе ликвидации чрезвычайной ситуации).

В основу методики решения задачи положен принцип оптимальности Беллмана, который формулируется следующим образом: «оптимальная стратегия обладает таким свойством, что, каково бы ни было начальное состояние и начальное решение, последующие решения должны приниматься, исходя из оптимальной стратегии относительно состояния, полученного в результате первого решения». Задача решается в два этапа способом обратной прогонки. Рекуррентное соотношение для алгоритма обратной прогонки имеет следующий вид:

Z)f(S.) = min }ö(S.,S. + 1) + £).+1(5. + 1)}, i = TJ=\ (5)

VD(S.,S.+l)e{D}

На первом этапе реализации данного алгоритма определяется совокупность состояний —» Sj —» S^ при прохождении объекта

управления через которые чрезвычайная ситуация будет ликвидирована с минимальным ущербом. На его втором этапе формируются планы Р^,

к = 1, g -1 соответствующие переходам из состояния S^ _ j —* S^ из условия

min ({d} - множество всех допустимых переходов

Sk j —> iS^ ). В результате будет сформирована совокупность планов мероприятий ^ по ликвидации возникшей чрезвычайной ситуации w(x(t),u(t)) • В соответствии с. методикой представления плана мероприятий в виде дискретного устройства, разработанной в главе 2 диссертации, для каждого плана PQ,PyP2,...,P ^ строится дискретное устройство

DU, используемое в дальнейшем при анализе возможности реализации выбранного плана действий в условиях конкретной чрезвычайной ситуации w(x(t),n(i)). Если при проверке плана е j/^Pj,/^.....Р } j на выходе дискретного устройства DU будет сформирован нулевой сигнал, то в сложившихся условиях Р не может быть реализован. В этом случае запрещается переход sm_i~*sm> выполняемый при реализации плана мероприятий Рт, план исключается из множества jPQ,P^,P2,...,P _j) и при из-

менявшихся условиях вновь выполняется первый и второй этап алгоритма обратной прогонки. После получения скорректированного списка планов jp^Pj,^.....Pg-\\ проверка каждого плана этого множества на реализуемость должна быть выполнена повторно.

В четвертой главе рассмотрены вопросы экспериментального подтверждения достоверности разработанных моделей и методов; оценена временная сложность решаемой задачи; разработано оригинальное информационно-программное обеспечение, позволяющее осуществить оперативное управление объектами и территориями в чрезвычайных ситуациях природного и техногенного характера; предложена методика и обобщен опыт внедрения результатов проведенных исследований.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы диссертационной работы:

1 Установлено, что для повышения эффективности функционирования объектовых территориальных подсистем РСЧС необходимо разработать модели, алгоритмы и программы для оперативного управления объектами и территориями по критерию минимума ущерба от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

2 Разработаны оригинальная методика, математические модели и алгоритмы, позволяющие оценить возможность выполнения плана мероприятий по ликвидации чрезвычайной ситуации. Методика основана на описании плана мероприятий системой продукций, формировании на ее основе логической функции, в процессе анализа таблицы истинности которой делаются выводы относительно возможности или невозможности реализации намеченного плана мероприятий в условиях конкретной чрезвычайной ситуации.

3 Предложены и обоснованы математические модели, позволяющие в условиях оперативного управления определить ущерб от возникновения чрезвычайной ситуации.

4 Разработаны формальный метод и эвристический алгоритм решения задачи оперативного управления объектами и территориями при ликвидации чрезвычайной ситуации, основанные на использовании метода динамического программирования, продукционных моделей, теории графов и аппарата алгебры логики.

5 Создано новое информационно - программное обеспечение, позволяющее осуществить оперативное управление объектами и территориями при ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера по критерию минимума ущерба.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах: 1. Родичев В.А. Модели и алгоритмы поиска данных в информационных системах промышленного предприятия / А.Ф. Резчиков, В.А. Кушников, В,А. Родичев, Е.И. Шлычков, А.П. Космодемьянский // Информационные технологии. - 2005,- №8,-С. 62-66.

20G6A

2.0SQ2.

2. Родичев В Л. Поиск данных в информационных системах промышленного предприятия / А.Ф. Резчиков, В.А. Кушннков, В.А.Родичев ЕЛ.Шльгаков, A.B. Антонов // Вестник Саратовского государственного технического университета. - 2005,- № 2 (7). - С.83-92.

3. Родичев В.А. Классификация чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера при разработке систем оперативно-диспетчерского управления МЧС / В.А. Родичев, В.А. Кушников, А.Ф. Резчиков II Проблемы национальной безопасности России: межвуз. науч. сб. - Саратов, 2004. - С.290-293.

4. Родичев В.А. Постановка задачи оперативного управления объектами и территориями в чрезвычайных ситуациях природного и техногенного характера / В.А. Родичев, В.А. Кушников, Е.И. Шлычков, А.Ф. Резчиков // Сложные системы. Анализ, моделирование, управление: сб. науч. статей. - Саратов, 2005. - С.109 -111.

5. Родичев В.А. Организация экстренной помощи в чрезвычайных ситуациях за рубежом / В.А. Родичев, В.А. Кушников, Е.И. Шлычков // Сложные системы. Анализ, моделирование, управление: сб. науч. статей. - Саратов, 2005. - С. 112 - 115.

6. Родичев В.А. Системы оперативно-диспетчерского управления в чрезвычайных ситуациях: состояние и перспективы развития / В.А. Родичев, Е.И. Шлычков, В.А. Кушников, А.Ф. Резчиков // Электротехнические комплексы и силовая электроника. Анализ, синтез и управление: межвуз. науч. сб. - Саратов, 2005.- С. 75 - 79.

7. Родичев В.А. Модели оперативного управления в условиях чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера / О.В. Бойкова В.А. Родичев, В.А. Кушников // Молодежь и современные информационные технологии: межвуз. науч. сб.- Томск, 2005.-С. 227-228.

8. Родичев В.А. Информационные системы в управлении чрезвычайными ситуациями природного и техногенного характера / О.В. Бойкова, В.А. Родичев, В.А. Кушников // Технологии Интернет - на службу обществу (актуальные проблемы использования и развития Интернет/Интранет технологий): сб, статей по материалам Всерос. науч.-практ. конф. Саратов, 2005. - С. 267-271

9. Родичев В.А. Фреймовые и графовые модели знаний о чрезвычайных ситуациях природного и техногенного характера /Е.И. Шлычков, В,А. Родичев, О.М. Бойкова, В.А. Кушников, А.Ф. Резчиков И Информационные технологии в науке, производстве и социальной сфере: сб. науч. тр. / СНЦ РАН. - Саратов, 2005. - С.308 - 313.

10. Родичев В.А. Модели знаний о чрезвычайных ситуациях на основе логических функций и системы продукций / Е.И. Шлычков, В.А. Родичев, О.М. Бойкова, В.А. Кушников, А.Ф. Резчиков // Информационные технологии в науке, производстве и социальной сфере: сб. науч. тр, / СНЦ РАН.- Саратов, 2005. С,314 - 319.

11. Родичев В.А. Математическая модель для оценки ущерба при ликвидации чрезвычайной ситуации / В.А. Кушников, Е.И. Шлычков, В.А. Родичев, О.М. Бойкова // Математические методы в технике и технологиях: сб. тр. XIX Межпунар. науч. конф. -Т.Ю.- Воронеж, 2006. - С.83 - 84.

Лицензия ИД № 06268 от 14.11.01

Подписано в печать 25.09.06 Формат 60x84 1/16

Бум. тип. Усл. печ.л. 0,93 (1,0) Уч.-изд.л. 1,0

Тираж 100 экз. Заказ 382 Бесплатно

Саратовский государственный технический университет

410054, Саратов, Политехническая ул., 77 Отпечатано в РИЦ СГТУ. 410054, Саратов, Политехническая ул., 77

Введение

Глава 1. Проблемы оперативного управления объектами и территориями при ликвидации чрезвычайных ситуаций

1.1 Определение и классификация чрезвычайных ситуаций

1.2 Задачи аварийно - спасательных служб в чрезвычайных ситуациях природного и техногенного характера и при подготовке к их ликвидации

1.3 Организация экстренной помощи в чрезвычайных ситуациях за рубежом

1.4 Системы оперативно-диспетчерского управления в чрезвычайных ситуациях: состояние и перспективы развития

1.4.1 Функциональное назначение

1.4.2 Организационно-техническая структура и комплекс технических средств ЕДДС и ОСОДУ

1.5 Системы прогнозирования и ликвидации чрезвычайных ситуаций на потенциально опасных промышленных объектах

1.6 Постановка комплекса задач оперативного управления объектами и территориями в чрезвычайных ситуациях природного и техногенного характера

1.7 Выводы

Глава 2. Комплекс логико-лингвистических и графовых моделей для оперативного управления объектами и территориями при ликвидации чрезвычайных ситуаций

2.1 Общая характеристика комплекса моделей: назначение, область применения, ограничения и допущения

2.2 Фреймовые и графовые модели знаний о чрезвычайных ситуациях

2.3 Модели знаний о чрезвычайных ситуациях на основе логических функций и системы продукций

2.4 Применение разработанных математических моделей при решении практических задач оперативного управления объектами и территориями

2.5 Выводы

Глава 3. Метод и алгоритмы оперативного управления объектами и территориями в условиях чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера

3.1 Общая характеристика метода решения 81 3.1.1 Выбор математического аппарата

3.2 Формирование метрического пространства объекта управления

3.3 Разработка математической модели для оценки величины ущерба от чрезвычайной ситуации

3.4 Алгоритм решения задачи методом динамического программирования

3.5 Модельный пример решения задачи

3.6 Выводы

Глава 4. Экспериментальная проверка и внедрение разработанного математического обеспечения в информационных системах РСЧС

4.1 Анализ вычислительной сложности решаемой задачи

4.2 Особенности функционирования программного комплекса, реализующего разработанные модели и алгоритмы

4.3 Методика подтверждения достоверности разработанного математического и программного обеспечения

4.4 Опыт внедрения результатов исследований в информационных системах РСЧС

4.4.1 Использование программного тренажера в информационной системе Главного Управления МЧС по Самарской области 4.4.2 Внедрение пакета прикладных программ ExtSit промышленных предприятиях 4.5 Выводы Заключение Литература Приложения

1. Акт о внедрении материалов диссертации в структурных подразделениях Главного Управления МЧС по Самарской области

2. Акт о внедрении материалов диссертации на предприятии ОАО «Трансмаш» (г. Энгельс)

Актуальность темы. Интенсивное развитие современной промышленности, быстрый рост населения планеты, невысокий уровень экологического сознания многих руководителей экономики и политиков, разрушительные военные конфликты часто приводят к возникновению крупных аварий, стихийных бедствий, эпидемий и катастроф. Так только на территории России за год в среднем происходит около 230 - 250 крупных событий чрезвычайного характера, связанных с опасными природными явлениями, и 900 - 950 техногенных катастроф.

Один из путей уменьшения разрушительного воздействия этих чрезвычайных ситуаций и сокращения ущерба от их возникновения связан с использованием возможностей современной вычислительной техники и информационных технологий, позволяющих улучшить подготовку персонала Российской системы предупреждения и действий в чрезвычайных ситуациях (РСЧС) и значительно повысить эффективность оперативного управления объектами и территориями при ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

В настоящее время разработаны, прошли проверку практикой и успешно функционируют в составе РСЧС различные информационные системы, в том числе центр управления в кризисных ситуациях (ЦУКС), системы оперативно-диспетчерского управления в чрезвычайных ситуациях (ОСОДУ), единые дежурно-диспетчерские службы (ЕДДС), системы мониторинга окружающей среды, прогнозирования и ликвидации чрезвычайных ситуаций на потенциально опасных промышленных объектах и др.

Вместе с тем на объектовом уровне РСЧС, сформированном на крупных промышленных предприятиях и в организациях, большинство систем оперативного управления позволяют обеспечить рациональный режим работы только отдельно взятых групп оборудования в стереотипных производственных ситуациях и, как правило, не выдают рекомендаций оперативно-диспетчерскому персоналу при возникновении аварийных и нештатных ситуаций комплексного характера, затрагивающих весь производственный процесс в целом. Между тем, как показывает практика, многие чрезвычайные ситуации развиваются на основе техногенных происшествий именно этого уровня вследствие конструктивных недостатков и изношенности используемого оборудования, низкой квалификации и халатности производственного персонала, серьезных нарушений техники безопасности и т.д.

Указанное обстоятельство обуславливает необходимость разработки и внедрения в составе математического обеспечения информационных систем РСЧС новых моделей, алгоритмов и комплексов программ, позволяющих улучшить подготовку оперативно-диспетчерского персонала промышленных предприятий, а также значительно повысить эффективность оперативного управления объектами и территориями при ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

Тема диссертации, внедрение основных результатов проведенных исследований непосредственно связаны с приоритетными направлениями развития науки и техники Российской Федерации, а также с ее критическими технологиями в следующих разделах и пунктах.

Приоритетные направления развития науки, технологий и техники в Российской Федерации. 04 Информационно-телекоммуникационные системы

Перечень критических технологий Российской Федерации. 21 Технологии снижения риска и уменьшения последствий природных и техногенных катастроф

Кроме того, тема диссертации связана с основными научными исследованиями, проводившимися в течение ряда лет в лаборатории "Системные проблемы автоматизации и управления в машиностроении" Института проблем точной механики и управления РАН, а также на кафедрах "Системотехника" и «Информационные системы» Саратовского государственного технического университета.

Характеристика целей исследования. Основная цель диссертации заключается в разработке моделей, алгоритмов и программных комплексов оперативного управления объектами и территориями при ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, а также во внедрении результатов исследований в составе математического обеспечения информационных систем РСЧС объектового и территориального уровня.

Предметом исследования является процесс оперативного управления объектами и территориями, осуществляемый в информационных системах РСЧС при ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

Методы исследования. В диссертации использованы методы теории управления, теории графов, динамического программирования, дискретной математики, искусственного интеллекта, функционального анализа, концептуального и логического проектирования баз данных информационных систем.

Научная новизна работы: 1. Впервые разработан комплекс математических моделей, позволяющий формализовать описание стереотипных чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в системах оперативного управления промышленных предприятий и организаций. Его характерной особенностью является объединение в составе единого математического обеспечения логиколингвистических, динамических графовых и логических моделей объекта управления, обладающих различной чувствительностью к точности входной информации, выразительной способностью и возможностью использования зависимостей качественного типа.

2. Предложены и обоснованы ранее неизвестные математические модели и алгоритмы, позволяющие формальным способом проверить выполнимость планов мероприятий, используемых при ликвидации чрезвычайных ситуаций. Проверка основана на описании плана мероприятий системой продукций, формировании на ее основе логической функции, таблица истинности которой позволяет сделать вывод относительно выполнимости намеченного плана мероприятий в условиях конкретной чрезвычайной ситуации.

3. Разработаны новые математические модели и алгоритмы для оценки ущерба, причиненного чрезвычайной ситуацией природного и техногенного характера, используемые в процессе оперативного управления объектами и территориями при определении оптимальной стратегии ее устранения.

4. Сформирована и хорошо зарекомендовала себя на практике оригинальная методология внедрения разработанного математического обеспечения, состоящего из моделей, алгоритмов и комплексов программ, в информационных системах РСЧС объектового и территориального уровня.

Достоверность теоретических разработок, научных положений и выводов подтверждается корректностью применения математического аппарата теории управления, функционального анализа, теории графов, согласованностью результатов теоретических расчетов с данными, определенными в процессе практической апробации работы, имитационным моделированием процесса ликвидации чрезвычайных ситуаций, а также натурными экспериментами с математическим обеспечением информационных систем РСЧС объектового и территориального уровня.

Практическая значимость. Разработанные в диссертации модели, методы и программные продукты позволяют реализовать на практике новые, более эффективные алгоритмы оперативного управления объектами и территориями при ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера и минимизировать ущерб от их возникновения.

Основные теоретические положения диссертационной работы в виде математических моделей, методик, алгоритмов и программ были внедрены в составе информационных систем ОАО "Транспортное машиностроение" (г. Энгельс), а также в структурных подразделениях Главного Управления МЧС по Самарской области. Суммарный годовой экономический эффект от внедрения основных результатов диссертации составил 660 тысяч рублей.

Кроме того, результаты диссертации были использованы в учебном процессе на кафедрах "Системотехника" и «Информационные системы» Саратовского государственного технического университета, а также успешно применены при выполнении работ по теме "Исследование и разработка человеко - машинных методов анализа и синтеза дискретных систем управления сложными объектами", включенной в состав основных заданий Института проблем точной механики и управления РАН.

На защиту выносятся^

- формализованное описание распространенных чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, состоящее из комплекса логико-лингвистических моделей, динамических графовых моделей, а также моделей, построенных на основе аппарата булевой алгебры и логических функций;

- методика, математические модели и алгоритмы, позволяющие оценить возможность выполнения намеченного плана мероприятий по нормализации обстановки на контролируемых объектах и территориях; методика основана на описании плана мероприятий системой продукций, формировании на ее основе логической функции, позволяющей сделать выводы относительно возможности или невозможности реализации намеченного плана мероприятий в сложившихся условиях;

- математические модели и алгоритмы оперативного управления объектами и территориями, ориентированные на использование в составе информационных систем РСЧС;

- математические модели и алгоритмы для оценки ущерба, причиненного чрезвычайной ситуацией природного и техногенного характера;

- типовое информационно-программное обеспечение, позволяющее реализовать оперативное управление процессом нормализации обстановки на контролируемых объектах и территориях по критерию минимума ущерба;

- методология внедрения разработанных моделей, алгоритмов и программ в составе математического обеспечения информационно-вычислительных центров РСЧС объектового и территориального уровня.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались в 2002 - 2006 г.г. на научных семинарах кафедр "Системотехника" и «Информационные системы» Саратовского государственного технического университета, научно - практических семинарах лаборатории "Системные проблемы автоматизации и управления в машиностроении" Института проблем точной механики и управления РАН, а также на 6 конференциях различного уровня:

Международной научной конференции «Проблемы национальной безопасности России» (Саратов, 2004 г); Всероссийской научно-практической конференции "Технологии Интернет - на службу общества (актуальные проблемы использования и развития Интернет/Интранет технологий)" (Саратов, 2005 г); III Всероссийской научно -практической конференции «Молодежь и современные информационные технологии» (Томск, 2005 г); Всероссийской научно - практической конференции «Сложные системы. Анализ, моделирование, управление». (Саратов,

2005 г); XIX Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Воронеж, 2006 г.); 2 Международной научно-практической конференции "Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности" (Санкт-Петербург,

2006 г.).

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы автором в 11 работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения и приложения; она содержит 168 страниц текста, 29 рисунков, 7 таблиц и список использованной литературы из 114 наименований.

4.5 Выводы

1. Предложены и обоснованы аналитические функции для оценки временной сложности различных алгоритмов решения задачи (1.1) -(1.5). Установлено, что наименьшее время решения достигается при использовании комбинированного алгоритма, разработанного на основе метода динамического программирования и аппарата логических функций.

2. Разработано оригинальное информационно-программное обеспечение, позволяющее осуществить оперативное управление объектами и территориями при ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера по критерию минимума ущерба.

3. Осуществлена адаптация сформированного информационно программного обеспечения к работе на распространенном отечественном комплексе технических средств в составе объектовых территориальных подсистем РСЧС, функционирующих на крупных предприятиях и в организациях.

4. Предложена комплексная методика проверки достоверности разработанного математического обеспечения, основанная на проведении экспериментов с логическими, логико-лингвистическими и графовыми моделями объекта управления. Достоверность используемых моделей, методов и алгоритмов оперативного управления объектами и территориями подтверждена в результате применения указанной методики, а также в процессе успешной эксплуатации разработанного математического обеспечения в составе объектовых территориальных подсистем РСЧС.

5. Осуществлено внедрение разработанного математического и программного обеспечения на предприятии ОАО "Транспортное машиностроение", а также в структурных подразделениях Главного Управления МЧС по Самарской области. Суммарный годовой экономический эффект от внедрения основных результатов диссертации составил 660 тысяч рублей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основным итогом диссертационной работы является решение научной проблемы, связанной с разработкой математических моделей, алгоритмов и программ, позволяющих при ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера осуществить оперативное управление объектами и территориями по критерию минимума ущерба.

Решение этой задачи имеет важное народно - хозяйственное значение, т.к. позволяет в интерактивном режиме сформировать план мероприятий по ликвидации чрезвычайной ситуации, проверить его на возможность исполнения, оперативно выполнить поиск информации, семантически связанной с указанным планом, и за счет этого существенно повысить эффективность функционирования систем МЧС объектового и территориального уровня.

Основными результатами диссертационной работы являются:

1 Установлено, что для повышения эффективности функционирования объектовых территориальных подсистем РСЧС необходимо разработать модели, алгоритмы и программы для оперативного управления объектами и территориями по критерию минимума ущерба от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

2 Разработано формализованное описание стереотипных чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, состоящее из комплекса логико-лингвистических моделей, динамических графовых моделей, а также моделей, построенных на основе аппарата булевой алгебры и логических функций. Использование данного математического обеспечения в составе информационных систем оперативно-диспетчерского управления объектами и территориями позволяет повысить качество планирования мероприятий, направленных на ликвидацию чрезвычайных ситуаций, облегчает формирование списка данных и документов, необходимых ЛПР для подготовки и принятия адекватных управленческих решений, и упорядочивает предоставляемую информации по степени ее важности.

3 Разработаны оригинальная методика, математические модели и алгоритмы, позволяющие оценить возможность выполнения плана мероприятий по ликвидации чрезвычайной ситуации. Методика основана на описании плана мероприятий системой продукций, формировании на ее основе логической функции, в процессе анализа таблицы истинности которой делаются выводы относительно возможности или невозможности реализации намеченного плана мероприятий в условиях конкретной чрезвычайной ситуации.

4 Доказано, что при анализе таблицы истинности логической функции целесообразно использовать специально разработанное для этой цели дискретное цифровое устройство, построенное на базе конъюнкторов, дизъюнкторов и инверторов. Обоснован алгоритм синтеза цифрового устройства по таблице истинности сформированной логической функции. Показано, что практическая реализация данного устройства может быть осуществлена как программным, так и аппаратным путем.

5 Установлено, что разработанные математические модели и алгоритмы позволяют унифицировать представление в базах данных систем оперативно-диспетчерского управления объектами и территориями разнородной информации, касающейся стереотипных чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, и существенно уменьшить ее возможную противоречивость и дублирование.

6 Предложены и обоснованы математические модели, позволяющие в условиях оперативного управления определить ущерб от чрезвычайной ситуации с точностью, достаточной для решения поставленной задачи.

7 Разработаны формальный метод и эвристический алгоритм решения задачи оперативного управления объектами и территориями при ликвидации чрезвычайной ситуации, основанные на использовании метода динамического программирования, продукционных моделей, теории графов и аппарата алгебры логики.

8. Создано новое информационно - программное обеспечение, позволяющее осуществить оперативное управление объектами и территориями при ликвидации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера по критерию минимума ущерба.

9. Разработана методика внедрения сформированного математического обеспечения в структурных подразделениях объектовых и территориальных подсистем РСЧС. Осуществлено внедрение основных результатов диссертации на предприятии ОАО "Транспортное машиностроение", а также в структурных подразделениях Главного Управления ГОЧС по Самарской области. Суммарный годовой экономический эффект от внедрения основных результатов диссертации составил 660 тысяч рублей.

1. Положение о классификации чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера. Утверждено Постановлением Правительства Российской Федерации от 13 сентября 1996 г, № 1094// Организация безопасности жизнедеятельности, июль 1999, С.55.

2. Н. Мешков, П. Ижевский. Химические аварии: причины и классификация // Организация безопасности жизнедеятельности, июль 1999, С.52 54.

3. Н. Мешков. Обеспечение безопасности жизнедеятельности человека в случае чрезвычайных ситуаций // Организация безопасности жизнедеятельности, апрель 1999, С.37 39.

4. Н.Н. Брушлинский. Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях, М., 1990.

5. В. Сапронов. Некоторые аспекты глобальной безопасности человека // Организация безопасности жизнедеятельности, июнь 1999, С.8 -12.

6. Российская Федерация. Федеральный Закон «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера», № 68-ФЗ. Принят Государственной Думой 11 ноября 1994 г, 13 с.

7. Государственный стандарт Российской Федерации Р 22.0.006-95 ТОО. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Источники природных чрезвычайных ситуаций. Поражающие факторы. Номенклатура параметров поражающих воздействий. Дата введения 1999-07-01.

8. В Кузнецов. Экосистема не банк она всегда платит. С процентами! // Организация безопасности жизнедеятельности, июнь 1999,С.25-28.

9. Российская Федерация. Федеральный Закон «Об аварийно -спасательных службах и статусе спасателей». Принят Государственной Думой 14 июля 1998 г, 25 с.

10. Указ Президента РСФСР № 221 «О создании Государственного комитета по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий при Президенте РСФСР».

11. Указ Президента Российской Федерации № 66 «О структуре федеральных органов исполнительной власти».

12. Д.В. Трошин. Структура целей обеспечения национальной безопасности России // Материалы 8 Международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем», М., 2ООО.

13. Н. Мешков, П. Ижевский. Экстренная помощь в ЧС за рубежом// Организация безопасности жизнедеятельности, март 2000, С.61 -64.

14. Постановление Совета Министров Республики Беларусь № 495 «О Государственной системе предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций» // Национальный реестр правовых актов

15. Республики Беларусь, 2001 г, № 40, 5/5713.i

16. Решение Гродненского областного исполнительного комитета от 13 декабря 2001 г № 644 «Об областной подсистеме предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций в Гродненской области» // Право 2004. Законодательство Республики Беларусь.20 с.

17. ГОСТ Р 22.7.01-99 «Единая дежурно-диспетчерская служба. Основные положения».

18. ГОСТ Р.22.0.06-95. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Источники природных ситуаций. Поражающие факторы. Номенклатура параметров поражающих воздействий.

19. ГОСТ Р.22.0.10-96. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Источники природных ситуаций. Правила нанесения на карты обстановки о чрезвычайных ситуациях.

20. ГОСТ Р.22.0.11-99. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Предупреждение природных чрезвычайных ситуаций. Термины и определения.

21. ГОСТ Р.22.1.01-95. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование. Основные положения.

22. ГОСТ Р.22.1.01-95. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование. Термины и определения.

23. ГОСТ Р.22.1.04-96. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг аэрокосмический. Номенклатура контролируемых параметров чрезвычайных ситуаций.

24. ГОСТ Р.22.1.06-99. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование опасных геологических явлений и процессов. Общие требования.

25. ГОСТ Р.22.1.07-99. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование опасных метеорологических явлений и процессов. Общие требования.

26. ГОСТ Р.22.1.08-99. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование опасных гидрологических явлений и процессов. Общие требования.

27. ГОСТ Р.22.1.07-99. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование лесных пожаров. Общие требования.

28. ГОСТ Р.22.8.01-96. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Ликвидация чрезвычайных ситуаций. Общие требования.

29. ГОСТ Р.22.1.07-99. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Аварийно-спасательные работы при ликвидации чрезвычайных ситуаций, вызванных опасными гидрологическими явлениями на акваториях. Общие требования.

30. Дейт К. Дж Введение в системы баз данных, 6-е издание: Пер. С англ. К., М., СПб.: Издательский дом "Вильяме", 2000. 848 с.

31. Морозов А.А. Новые информационные технологии в системах принятия решений // Управляющие системы и машины.1993.№З.С.11 24.

32. Озкарахан Э. Машины баз данных и управление базами данных: Пер. с англ. М.: Мир, 1989. 696 с.

33. Шлычков Е.И., Кушников В.А., Резчиков А.Ф. Модели и методы поиска данных по производственным ситуациям в информационно-измерительных и управляющих системах. Саратов: Изд-во СГТУ, 2002. 112 с.

34. Поспелов Д.А. Логико-лингвистические модели в системах управления. М.: Энергоиздат, 1981. 220 с.

35. В.Г Вайнер, В.И.Вельма, А.М.Кузниченко и др. Применение ЭВМ для управления спасательными и неотложными аварийно-восстановительными работами на химических предприятиях. Черкассы: ОНИИТЕХИМ, 1989. 95 с.

36. Бандурка A.M., Вайнер В.Г., Аннопольский Д.В. Интегрированная система прогнозирования аварийных ситуаций и управления ликвидацией последствий аварий на потенциально опасных промышленных объектах // Управляющие системы и машины. 1994. №1/2. С. 50 55.

37. Дозорцев В.М. Компьютерные тренажеры реального времени для обучения и переподготовки операторов и технологического персонала потенциально опасных производств // Приборы и системы управления. 1996. №9. С.30-31.

38. Кульба В.В., Миронов П.Б., Назаренко В.М. Анализ устойчивости социально-экономических систем с использованием знаковых орграфов // Изв.Академии наук. Автоматика и телемеханика. 1993. №7.С.121-128.

39. Якубайтис Э.А. Логические автоматы и микромодули. Рига, «Зинатне», 1975. 259 с.

40. Столл Р. Множества. Логика. Аксиоматические теории. Пер. с англ. М.: Просвещение, 1968. 231 с.

41. Андерсон Дж. Дискретная математика и комбинаторика: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2003. 960 с.

42. Хопкрофт Д, Мотвани Р, Ульман Дж. Введение в теорию автоматов и вычислений, 2-е изд.: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2002. 528 с.

43. Соучек Б. Микропроцессоры и микро-ЭВМ: Пер. с англ. М.: Сов. Радио, 1979. 520 с.

44. Кузнецов О.П., Адельсон-Вельский Г.М. Дискретная математика для инженера. 2-е изд. - М.: Энергоатомиздат, 1988. 480 с.

45. Gane С., Sarson Т. Structured systems analysis: tools and techniques. -New York: Prentice-Hall, 1979.

46. Горев А., Ахоян Р. ,Макашарипов С. Эффективная работа с СУБД. СПб.: Питер, 1997. 785 с.

47. Minsky М. Form and Content in Computer Science, J. of ACM, 1972.

48. Rumelhart, Norman. Rumelhart D.E., Norman D.A. Active Semantic Networks as a Model of Human Memory, International Joint Conference on Artifical Intelligence III, Stanford University, 1973, pp. 450-457.

49. Поспелов Д. А. Сетевые и продукционные модели // Представление знаний в человеко-машинных системах. Т.А: Фундаментальные исследования в области представления знаний. М:Наука, 1984.С.77-83.

50. Клещев А. Фреймы // Представление знаний в человеко-машинных системах. Т.А: Фундаментальные исследования в области представления знаний. М.: Наука, 1984. С. 122 132

51. Соучек Б. Мини-ЭВМ в системах обработки информации: Пер. с англ.-М.: Мир, 1976. 520 с.

52. Д.В.Кононов Основы исчисления сценариев поведения сложных систем в АСУ ЧС // Автоматика и телемеханика. 2002. №10. С.142 -152.

53. Васильев С.Н. От классических задач регулирования к интеллектуальному управлению I // Изв. Академии наук. Теория и системы управления. 2001, №1. С.5 22.

54. Васильев С.Н. От классических задач регулирования к интеллектуальному управлению II // Изв. Академии наук. Теория и системы управления. 2001, №2. С.5 21.

55. Математический энциклопедический словарь. М.: Сов. Энциклопедия, 1988.

56. Беллман Р. Динамическое программирование. М.: ИЛ , 1960. 400с.

57. Колмогоров А.Н., Фомин С.В. Элементы теории функций и функционального анализа. М.: Наука, 1977.

58. Канторович Л.В., Акилов А.Г. Функциональный анализ, изд.2 -М.: Наука, 1977.

59. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников. М.:Наука, 1974. 832 с.

60. Химические приложения топологии и теории графов: Пер. с англ. / Под ред. Р.Кинга. М.: Мир, 1987.

61. Берц С., Хердон У. Подобие в графах и молекулах. Искусственный интеллект: применение в химии: Пер. с англ. / Под ред. Т. Пирса, Б. Хонию. М.:Мир, 1988.

62. Баласубраманиан К. Симметрия и спектры графов. Их применение в химии // Химические приложения топологии и теории графов. Под ред. Кинга Р. М.: Мир, 1987.С. 279 287

63. Кохов В.А. Метод количественного определения сходства графов на основе структурных спектров // Известия Академии наук. Техническая кибернетика. 1994. № 5. с. 143-159.

64. Бариш М., Яшари Дж., Лалл Р. И др. Матрица расстояний для гетероатомных молекул // Химические приложения топологии и теории графов. Под ред. Кинга Р. М.: Мир, 1987.С. 259-265.

65. Магнусон В., Харрис Д., Бейсак С. Топологические индексы, основанные на симметрии окрестностей: химические и биохимические применения // Химические приложения топологии и теории графов. Под ред. Кинга Р. М.: Мир, 1987.С. 206-221

66. Рандич М., Краус Дж., Дзонова Джерман - Блазич Б. Упорядочение графов как подход у исследованиям корреляций структура -активность // Химические приложения топологии и теории графов. Под ред. Кинга Р. М.: Мир, 1987.С. 222-233.

67. Айзерман М.А., Гусев Л.А., Смирнова И.М. и др. Динамический подход к анализу структур, описываемых графами (основы графодинамики).1 // Изв.АН СССР Автоматика и телемеханика. 1977. №7. С.135-151.

68. Айзерман М.А., Гусев Л.А., Смирнова И.М. и др. Динамический подход к анализу структур, описываемых графами (основы графодинамики).П // Изв.АН СССР Автоматика и телемеханика. 1977. №9. С.123-136.

69. Татха X. Введение в исследование операций. 6-ое издание.: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2001.-912 с.

70. Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач. М.: Радио и связь, 1990. 544 с.

71. Шафер Дональд Ф., Фатрелл Роберт Т., Шафер Линда И. Управление программными проектами: достижение оптимального качества при минимуме затрат.: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2003. 1136 с.

72. Емельянов В.М., Коханов В.Н., Некрасов П.А. Защита населения в чрезвычайных ситуациях: Учебное пособие для высшей школы / Под ред. В.В. Тарасова. 2-е изд. - М.: Академический Проект: Трикста, 2004. 480 с.

73. Акинфиев В.К., Костюк В.П., Резчиков А.Ф., Цвиркун А.Д. Модели и методы синтеза структуры многоконтурных информационно-управляющих систем // Изв.АН СССР. Автоматика и телемеханика. 1988. № 3. С. 172-177.

74. Аникеев А.Е, Миленький В.В. , Плесконос А.К. Периодичность адаптации и надежность математических моделей // Химическое машиностроения .Вып. 47. 1988. С.57-59.

75. Берж К. Теория графов и ее применение. М.: ИЛ, 1962. 319 с.

76. Бочаров Е.П. Последовательный анализ компетентностиспециалистов // Изв.Академии наук. Автоматика и телемеханика.1988. №2.С. 179-183.

77. Гермейер Ю.Б. Введение в теорию исследований операций. М.: Наука, 1971.384 с.

78. Дюран Б., Оделл П. Кластерный анализ. М.: Статистика , 1977. 128 с.

79. Емеличев В.А. , Мельников О.И., Сарванов В.И. и др. Лекции по теории графов. М.: Наука, 1990. 384 с.80.3ыков А.А. Теория конечных графов. Новосибирск: Наука, 1969.543 с.

80. Кадыров А.А. Динамические графовые модели в системах автоматического и автоматизированного управления. Ташкент: ФАН, 1984. 240с.

81. Калман Р., Фалб П.,Арбиб М. Очерки по математической теории систем. М.:Мир, 1971. 400 с.

82. Квейд Э. Анализ сложных систем. М.: Сов.радио, 1969. 520 с.

83. Крыжановский В.А., Цепляев Ю.Ф. К оценке уровня квалификации операторов сложных автоматизированных систем управления // Изв.АН СССР. Автоматика и телемеханика. 1986. №1.С.151-161.

84. Крыжановский Г.А., Цепляев Ю.Ф. Задачи управления процессами профессиональной подготовки авиадиспетчеров для автоматизированных систем управления воздушным движением // Изв.Академии наук. Автоматика и телемеханика. 1994. №6.С.140-153.

85. Ларичев О.И. , Моргоев В.К. Проблемы методы и системы извлечения экспертных знаний // Изв.АН СССР. Автоматика и телемеханика. 1991. №9.С.З-27.

86. Негневицкий М.В. Программное обеспечение противоаварийного тренажера диспетчера энергосистемы на базе ЭВМ СМ—1403// Известия вузов СССР. Энергетика.-1989.-№8. С.24-28.

87. Сучков В.П., Татаринов А.В. Компьютерные тренажерные системы для технологических отраслей промышленности// Приборы и системы управления.-1994.-№5. С.3-5.

88. Башлыков А.А., Давиденко Н.Н., Думшев В.Г., Кислов Г.И., Павлова Е.В., Прозоровский Е.Д. Экспертная система реального времени для поддержки операторов атомных электростанций// Приборы и системы управления.-1994.-№4. С. 10-14.

89. Искусственный интеллект. В 3-х кн. Кн.2. Модели и методы: Справочник/ Под ред. Д. А. Поспелова - М.: Радио и связь, 1990304 с.

90. Бернер Л.И., Исерлис Ю.Э., Левин А.А. Управление сложными технологическими процессами в нештатных ситуациях// Приборы и системы управления.-1991.-№7. С. 3 5.

91. Трахтенгерц Э.А. Организация компьютерных систем поддержки принятия решений// Приборы и системы управления.-1997.-№12. С.53 59.

92. Прангишвили И.В., Пащенко Ф.Ф., Молчанов С.А., Чернышев К.Р. Системы информационной поддержки оперативного персонала для предприятий повышенного рискаП Приборы и системы управления.-1996 №4. С. 7 - 11.

93. Ивченко В.Д., Нурматова Е.В. Разработка интерфейса диагностической экспертной системы// Информационные технологии.-№ 10,2001. С. 11-14.

94. Churchman C.W. The Desing of Inquiring Systems. Basic Books. New York. 1979.

95. Executive Leadership Course. Prentice Hall. Gugelwood Chiffs, N.J.

96. Forrester J. Principles of systems.- Cambridge: Wright Allen Press, 1960.

97. Gerardin L. A structural model of industrialized societies: evolutions, stability, policies, gouvernability.

98. Jones P.F. Four principles of man-computer dialogue // Comput. Aided Des.,1992. V.10, n.3. P.197 202

99. Purdom P. A transitive closure algorithm // BIT V. 10. 1996. P.76 -94.

100. Quillian M.R. Word Concepts: A Theory and Simulation of some Basic Semantic Capabilities. Behavioural Science 12, 1987, P. 410 -430.

101. Representation and Use of Knowledge by Computers. Edited by N.V. Findler. New York: Academic Press, 1989. S.50.

102. Tuenschel L., Hut Langner. PROMAN. CIM Management 5/89. S. 43-51.

103. Voss C.A. The Managerial Challenges of Integrated Manufacturing // Int. J. Oper and Prod. Manag. 1989. №5. P.33 -38.

104. Worterbuch der Kybernetik Klaus G und Liebscher H. Berlin . Dietz. 1986.

105. Родичев В.А., Кушников В.А., Шлычков Е.И. Организация экстренной помощи в чрезвычайных ситуациях за рубежом // Сборник научных статей «Сложные системы. Анализ, моделирование, управление». Саратов, 2005.

106. Родичев В.А., Бойкова О.А., Кушников В.А. Модель знаний о чрезвычайных ситуациях на основе логических функций и системы продукций // Сборник трудов III научно -практической конференции «Молодежь и современные информационные технологии», Томск, 2005.

107. Рассел С, Норвиг П. Искусственный интеллект: современный подход, 2-е изд.: Пер.с англ.- М.: Издательский дом «Вильяме», 2006. 1408 с.