автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Методология построения интегрированной автоматизированной системы управления подразделениями МЧС России

На правах рукописи

ЧУПРИЯН Александр Петрович

МЕТОДОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ ИНТЕГРИРОВАННОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОДРАЗДЕЛЕНИЯМИ МЧС РОССИИ (НА ПРИМЕРЕ СЕВЕРО-ЗАПАДНОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО ОКРУГА)

05.13,10 управление в социальных и экономических системах

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

иоз15ЭОЭ4

Москва- 2007

003159094

Работа выполнена в Исследовательском центре проблем качества подготовки специалистов Государственного технологического университета «Московский институт стали и сплавов».

Научный консультант;

доктор философских наук, доктор экономических наук, кандидат технических паук, профессор Субстто Александр Иванович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки Российской Федерации Гадышев Виктор Александрович; до к-гор технических наук, профессор Литвак Борис Григорьевич; доктор технических наук, профессор Цыганов Владимир Викторович

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский университет МВД России

Защита диссертации состоится « ^У» 1 2007 г. в час. на за-

седании диссертационного совета Д 212.132.10 при Исследовательском центре проблем качества подготовки специалистов Государственного технологического университета «Московский институт стали и сплавов» по адресу: 105318, г. Москва, Измайловское шоссе, 4. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Исследовательского центра проблем качества подготовки специалистов Государственного технологического университета «Московский институт стали и сплавов».

Автореферат разослан « »_ф ^_ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.132.10 кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Единая государственная система предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (РСЧС) объединяет усилия федеральных и региональных органов исполнительной власти, а также силы и средства различных министерств и ведомств В настоящее время во всех субъектах Российской Федерации созданы ее территориальные подсистемы и подразделения, а в министерствах и ведомствах ведомственные подсистемы и подразделения Основу сил и средств РСЧС составляют подразделения Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС России) Министерство постоянно развивается и совершенствуется, а управление подразделениями МЧС является относительно новым для России видом деятельности Это диктует необходимость отдельного научного исследования при обосновании подходов к автоматизированному планированию и управлению этими подразделениями

Автоматизация процессов управления позволяет существенно сократить время, затрачиваемое на управленческую деятельность, повысить обоснованность принимаемых решений по управлению подразделениями МЧС за счет резкого увеличения числа сравниваемых вариантов и их многокритериальной оценки

К настоящему времени накоплен значительный опыт в решении задач автоматизации процессов управления работой отдельных элементов и подсистем для сложных организационно-технических комплексов в различных отраслях народного хозяйства и в оборонной промышленности Наряду с исследованиями, посвященными вопросам разработки методологических и методических основ автоматизации управления объектами в различных условиях, выполненными известными учеными Бурковым В Н , Гадышевым В А , Евграфовым В Г , Литваком Б Г , Рыковым А С , Селезневой Н А , Соколовым Б В , Субетто А И , Цыгановым В В , на практике для систем управления МЧС России должна осуществляться разработка и исследование конкретных моделей, методов, алгоритмов и программ планирования работы элементов и средств автоматизированных систем управления (АСУ), создание соответствующего специального математического обеспечения для планирования работы комплексов и подсистем АСУ МЧС

Анализ показывает, что при определении подходов к управлению подразделениями МЧС необходимо учитывать основную особенность системы

управления ими — способность ее функционирования в условиях чрезвычайных ситуаций (ЧС) Формы и методы управления подразделениями МЧС в различных городах России приведены в работах Аубакирова С Г, Беляева Л А , Ближина А А , Ефремова А И , Погорельской К В Однако в них не рассматриваются вопросы автоматизации процессов планирования и управления подразделениями МЧС, создания и управления развитием АСУ подразделениями МЧС Известно также, что только в трудах Анисимова Б П , Артамонова В С , Брушлинского Н Н , Глуховенко Ю М , Малыгина И Г , Таранцева А А впервые рассмотрены вопросы управления деятельностью подразделений МЧС, где определены принципы, цели и задачи планирования и управления функциональной деятельностью, рассмотрены органы управления материально-техническим обеспечением подразделений МЧС и основные подходы к информатизации процессов управления подразделениями МЧС Однако, в указанных трудах, как и в других известных источниках, отсутствует математическая постановка решения задач планирования и управления ресурсами в подразделениях МЧС, не разработаны модели и алгоритмы автоматизированного решения задач планирования и управления подразделениями МЧС в условиях чрезвычайных ситуаций, не рассмотрены вопросы реструктуризации и имитационного моделирования при автоматизированном решении задач планирования и управления ресурсами в подразделениях МЧС, не разработана методология автоматизированного решения указанных задач

Известно, что наибольший эффект при автоматизации процессов планирования может быть достигнут только при комплексном планировании использования подразделений МЧС в условиях чрезвычайных ситуаций, когда проводится совместное планирование процесса выполнения целевых и технологических операций, распределение ресурсов интегрированной автоматизированной системы управления подразделениями (ИАСУП) При таком планировании появляется возможность осуществить непосредственную взаимосвязь результатов целевого использования подразделений с вариантами функционирования элементов и подсистем ИАСУП, произвести оценку их взаимного влияния друг на друга

Таким образом, разработка методологии построения региональных интегрированных автоматизированных систем управления подразделениями МЧС России в условиях динамичного изменения правовой базы и экономики

страны является актуальной задачей и составляет научно-техническую проблему, имеющую важное народно-хозяйственное значение

Теоретическому обобщению и решению этой проблемы посвящено основное содержание диссертационной работы При этом цель предлагаемой работы состоит в повышении эффективности управления подразделениями МЧС России на основе применения ИАСУП, повышении уровня целевых и информационно-технологических возможностей системы управления, устойчивости функционирования ее элементов и подсистем, на основе совершенствования методов и алгоритмов управления подразделениями МЧС России

Объектом исследования являются автоматизированные системы управления подразделениями МЧС России

В качестве предмета исследования в диссертации рассматриваются модели и методы управления подразделениями в системе МЧС России

Для достижения сформулированной цели в диссертации были поставлены и решались следующие основные задачи

1 Анализ существующих методов построения автоматизированных систем управления подразделениями МЧС

2 Разработка методов построения интегрированных автоматизированных систем управления подразделениями МЧС

3 Разработка методов учета и оценки противопожарного состояния объектов

4 Разработка моделей решения задач автоматизированного планирования и управления подразделениями в региональных органах управления МЧС

5 Разработка методов управления в интегрированной автоматизированной системе управления подразделениями МЧС

6 Разработка и внедрение функциональной структуры интегрированной автоматизированной системы управления подразделениями МЧС

Методы исследования Основу методологии диссертационного исследования составили математический аппарат теории вероятностей, математической статистики, теории надежности, теории графов, теории матриц, теории многофакторных экспериментов, теории распознавания образов, теории систем и оптимального управления, теории множеств, а также теория вычислительных систем и методы имитационного моделирования

Основные положения, выносимые на защиту

1 Методы построения интегрированной автоматизированной системы управления подразделениями МЧС России

2 Методы автоматизированного учета и оценки противопожарного состояния объектов

3 Модели решения задач автоматизированного планирования и управления подразделениями в региональных органах управления МЧС

4 Методы управления в интегрированной автоматизированной системе управления подразделениями МЧС

5 Функциональная структура интегрированной автоматизированной системы управления подразделениями МЧС

Научная новизна полученных результатов

1 Сформулированы и обоснованы методы построения интегрированной автоматизированной системы управления подразделениями МЧС России, позволяющие осуществить многомодельный подход к решению проблемы построения АСУ на основе формализации управления функциональной деятельностью подразделений МЧС

2 Разработаны методы автоматизированного учета и оценки противопожарного состояния объектов в условиях изменения экологических и экономических ситуаций в регионе с целью выработки решений для эффективного управления подразделениями МЧС

3 Разработанные модели решения задач автоматизированного планирования и управления подразделениями в региональных органах управления МЧС позволяют моделировать задачи реструктуризации подразделений в региональных органах управления МЧС, задачи оптимального распределения ресурсов при эвакуации оборудования объекта при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций подразделением МЧС Кроме того, с их помощью возможно имитационное моделирование задач планирования и управления ресурсами в подразделениях МЧС и реконструкции объектов хозяйственной деятельности

4 Разработанные методы управления в интегрированной автоматизированной системе управления подразделениями МЧС базируются на моделях дисперсионного анализа и позволяют повысить эффективность управления на основе применения многофакторного управления подразделениями МЧС и параметрической идентификации моделей систем управления подразделениями МЧС

5 На основе разработанной функциональной структуры ИАСУП МЧС возможно формирование структуры ИАСУП в субъектах РФ в соответствии с конкретными реальными условиями, что позволяет повысить оперативность и точность принятия оптимальных решений по управлению подразделениями МЧС, а также осуществить анализ и прогнозирование управленческих решений должностных лиц Главного управления МЧС по субъекту РФ Применение этой системы существенно сокращает сроки выполнения боевых задач оперативными подразделениями и мероприятий повседневной деятельности различными службами МЧС

Теоретическая значимость результатов исследования заключается в разработке совокупности теоретических положений важной отрасли управления в социальных и экономических системах - автоматизированного управления подразделениями МЧС России В частности

- расширение и углубление имеющихся знаний о методах построения интегрированной автоматизированной системы управления подразделениями МЧС России,

- разработка моделей решения задач автоматизированного планирования и управления подразделениями в региональных органах управления МЧС,

- разработка методов управления в интегрированной автоматизированной системе управления подразделениями МЧС

Практическая значимость исследования состоит в возможности применения его результатов в автоматизированном управлении подразделениями МЧС России

1 На основе предложенных методов построения интегрированной автоматизированной системы управления подразделениями МЧС России проведена формализация управления функциональной деятельностью подразделений МЧС, разработана и внедрена в практическую деятельность автоматизированная система мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций (АСМПЧС) природного и техногенного характера субъекта РФ, которая представляет собой распределенную автоматизированную систему оперативного обмена информацией и содержит сеть центров коммутации и абонентских пунктов, обеспечивающую обмен данными, подготовку, сбор, хранение, обработку, анализ и рассылку информации Система обеспечивает безопасность и конфиденциальность информации, а также свободный доступ абонентам

2 Разработанные методы автоматизированного учета и оценки противопожарного состояния объектов позволяют обеспечить решение практических

задач оценки противопожарного состояния объектов при управлении подразделениями в условиях изменения экологических и экономических ситуаций, а также сбор и обработку информации при инвентаризационном учете объектов для оценки их противопожарного состояния и управления ими

3 В результате проведенных исследований разработан комплекс моделей и на их основе разработана методика автоматизированного решения задач планирования и управления подразделениями МЧС при изменяющихся условиях практической деятельности

4 Разработана и внедрена в практическую деятельность ИАСУП Главного управления (ГУ) МЧС России по субъекту РФ (на примере Санкт-Петербурга), которая является подсистемой ИАСУП МЧС региона Предложенная в работе ИАСУП может найти применение в любой области управления экономическими и социальными системами, при создании автоматизированных систем, имеющих технические и программные средства, обеспечивающие взаимодействие с пользователем в диалоговом режиме Степень и глубина автоматизации функций при этом определяются сложностью модели процесса управления и экономических связей

5 Практическая значимость полученных результатов определяется возможностью их использования органами управления Главных управлений МЧС России в субъектах Российской Федерации при организации управления подразделениями МЧС Математические модели и алгоритмы задач оформлены в виде пакета прикладных программ

Апробация работы. Научные результаты, полученные в исследовании, докладывались и обсуждались на 10 международных, 5 всероссийских и 2 региональных научно-практических конференциях

1) I международной научно-практической конференции «Проблемы обеспечения пожарной безопасности Северо-Западного региона», Санкт-Петербург, 15 ноября 2000 г ,

2) II международной научно-практической конференции «Проблемы обеспечения пожарной безопасности Северо-Западного региона», Санкт-Петербург, 18 октября 2001 г ,

3) всероссийской научно-практической конференции «Тушение пожаров на объектах аэрокосмической техники», Санкт-Петербург, 19 сентября 2001 г,

4) международной научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций и их источников» Москва, 2001 г ,

5) всероссийской научно-технической конференции «Информационные системы управления в лесном комплексе», Санкт-Петербург, 2002 г ,

6) всероссийской научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций», Москва, 2002 г ,

7) региональной научно-практической конференции «Защита транспортных систем от актов незаконного вмешательства и проведения спасательных работ в чрезвычайных ситуациях» Санкт-Петербург, 2003 г ,

8) всероссийской научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций» Москва, 2003 г ,

9) международной научно-практической конференции «Международный опыт подготовки специалистов пожарно-спасательного профиля», Санкт-Петербург, 20-21 января 2004 г ,

10) научно-практической конференции «Новые технологии в деятельности органов и подразделений МЧС России», Санкт-Петербург, 26 мая 2004 г ,

11) международной научно-практической конференции «Проблемы обеспечения безопасности при чрезвычайных ситуациях», Санкт-Петербург, 27-28 октября 2004 г,

12) международной научно-практической конференции «Применение современных методов и форм методической работы в подготовке специалистов пожарно-спасательного профиля (международный опыт)», Санкт-Петербург, 9 февраля 2005 г,

13) международной конференции КТИФ «Пожарная охрана Мира Расширение функций и задач», Санкт-Петербург, 14 октября 2005 г ,

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

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

16) юбилейной X международной конференции «Региональная информатика - 2006», Санкт-Петербург, 24-26 октября 2006 г ,

17) II Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы обеспечения взрывобезопасности и противодействия терроризму», Санкт-Петербург, 16 мая 2007 г

Публикации. Основные результаты диссертационного исследования нашли отражение в 2 монографиях, в 6 учебных пособиях (в том числе в 1

учебнике), в 13 статьях опубликованных в ведущих научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ, в 4 статьях во всероссийских, региональных и ведомственных научных журналах и изданиях, в 15 публикациях в материалах международных конференций, а также в 18 тезисах докладов на всероссийских и региональных конференциях Всего по теме диссертации имеется 58 публикаций

Реализация. Научные результаты нашли практическое применение и реализованы в Северо-Западном региональном центре МЧС России, в Главном управлении МЧС России по Ленинградской области и в Главном управлении МЧС России по Санкт-Петербургу, а также в курсах лекций по дисциплине «Основы управления в ГПС» в образовательном процессе Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России

Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, 6 разделов, заключения и списка литературы Объем диссертации 296 стр , в том числе 257 стр основного текста с учетом 19 рисунков и 17 таблиц, 29 стр списка литературы из 295 наименований, и приложений на 9 стр

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается выбор темы диссертации, ее актуальность, цели, задачи, объект и предмет исследования, научная новизна, теоретическая и практическая значимость, апробация и результаты исследования, выносимые на защиту

В первом разделе проводится критический анализ современного состояния исследований задач планирования работы элементов и подсистем АСУ, как сложных организационно-технических комплексов, исследуются особенности решения задач комплексного планирования развития структур АСУ подразделениями МЧС Предложено обобщенное структурно-математическое описание основных задач, исследуемых в рамках указанной проблемы Обоснованы пути решения задач комплексного планирования развития структур ИАСУП МЧС

Анализ, проведенный в диссертации, показывает, что к настоящему времени не сформирована до конца единая методология и соответствующий формально-математический аппарат, позволяющий проводить совместную формулировку и решение задач синтеза (проектирования) облика различных классов перспективных ИАСУП и задач управления развитием указанных систем с

учетом особенностей одновременного функционирования элементов и подсистем, как существующей, так и внедряемой (новой) системы

В диссертации было установлено, что в качестве базовой математической структуры, на которой целесообразно строить весь комплекс математического обеспечения (МО) информационной системы поддержки принятия решений (ИСППР) при синтезе и управлении развитием ИАСУП следует выбрать математическую конструкцию, задающую модель обобщенной динамической системы

В этом случае проблема построения ИАСУП сводится к проблеме совместного выбора структурных характеристик (параметров) АСУ и вариантов управления существующей и разрабатываемой АСУ подразделениями МЧС в различных условиях йбстановки, а также программ управления процессом перехода от одной («старой» АСУ) к другой, построенной на современной технической базе с использованием новых информационных технологий

В методическом плане это можно представить следующим образом Введем следующие векторы и множества

х(0 = ||3с(0)гх(")гх(")гхмг||г) (1)

т=\г)тг)ту(р)ту{с)т\т, (2)

и

(">(/) = Ыпр-а)тй{пр'")тй("рр)тй{стт\, (3)

I т

у(3с( 0,0 = 1у(в4л(0,0у(")г(3с(0.0у('>г(х(/),0^(е)г(5(0^)||г, (4)

I т

= , (5)

р = \р^тр^тр^тр^т^ (6)

где - обобщенные вектора состояния и выходных характери-

стик динамической системы, описывающей процессы эксплуатации существующей АСУ, создания и развития перспективной ИАСУП,

й{-"р),у(х(г), О - обобщенные вектора программных управлений АСУ (или по-другому - перспективных долгосрочных и оперативных планов функционирования и развития АСУ) и управлений, направленных на компенсацию

возмущении, возникающих в процессе реализации 4' ,

- вектор возмущающих воздействий, имеющих как целенаправленный (например, действия противоправного характера), так и нецеленаправленный характер (например, стихия),

р - вектор структурных параметров (характеристик), определяющих облик существующей и создаваемой АСУ Все вышеуказанные векторы с учетом пространственно-временных, технических и технологических ограничений, связанных с эксплуатацией и созданием АСУ, должны принадлежать задан-

ным областям

а™ (0 6 0(пр) (х(/Х 7(0 € К(3с(/Х (7)

|(/)е£(х(0,0, Р^ В, (8)

х(0еХ\0 (9)

Динамика изменения векторов состояния и выходных характеристик существующей и создаваемой АСУ на различных этапах их жизненного цикла могут быть заданы с помощью следующих переходных и выходных функций, которые в общем случае описываются как в аналитическом, так и в алгоритмическом виде

, (ю)

Я0 = да),й1,,)(0^(х(0,0,#(0.Д0 (11)

Кроме перечисленных ограничений при формальной постановке задач синтеза и управления развитием АСУ необходимо задать ограничения, накладываемые на вектор х(0 в начальный То и конечный 2}-моменты времени, соответствующие временному интервалу, на котором рассматривается процесс функционирования и создания указанных АСУ

х(Т0)еХМ 1(2» еХ^) (12)

Для оценивания эффективности процессов управления жизненными циклами АСУ введем следующий обобщенный вектор показателей эффективности

т( (13)

С учетом вышеизложенного постановка и решение проблемы синтеза и управления развитием сводится к постановке и решению следующих трех групп задач

Задачи группы А (задачи структурного анализа АСУ, анализа в условиях свободных и вынужденных реакций и движений)

Заданы условия (10), (11), (7) - (9), (12), te(тo,T/\

Необходимо найти 1 об (/) для ? е ("Г0, ]

Задачи группы В (задачи наблюдения, контроля, идентификации ИС) Заданы условия (10), (11), (7) -(9), (12), ЯО * е где

(4"'']- интервал наблюдения за состоянием ИС

Л л

Необходимо найти х(/'),/7 - оценить векторы состояния и структурных параметров АСУ для момента времени е {Т0Ту ]

Задачи группы С (выбора управляющих воздействий и структурных параметров, определяющих управление жизненным циклом ИС) Заданы условия (10), (11), (7) - (9), (12), /е(го7}] , (13)

Необходимо найти (/), , при которых выполняются

(12), (7) - (9), а обобщенный показатель эффективности (13) принимал экстремальное значение

Создание многомодельных комплексов управления работой конкретных объектов ИАСУП связано с интеграцией разнородных классов моделей и алгоритмов, реализующих их функционирование и составляющих основу создания математического обеспечения как подсистему ИСППР

Во втором разделе диссертации разработаны методы построения интегрированной автоматизированной системы управления подразделениями МЧС России, включающие

1 Многомодельный подход к решению проблемы построения АСУ и управления подразделениями МЧС

Многоуровневая полимодельная структура комплекса моделей АСУ представляет возможность исследователю с различной степенью детализации (в зависимости от целей исследования) формализовать происходящие в АСУ процессы, оперативно перестраивать структуру каждой модели, механизм взаимодействия моделей Кроме того, при такой структуре комплекса моделей удобно в ходе решения каждой конкретной задачи (в рамках решаемой в данной работе проблемы) проводить необходимые операции, связанные с деком-

позицией и агрегированием соответствующих моделей, описывающих заданную предметную область

Как и в уже известных работах, в иерархической структуре блоков моделей имитационной системы выделим три основных уровня

- уровень моделей базового описания предметной области,

- уровень имитационных моделей,

- уровень аналитических моделей

Сопряжение (согласование) моделей различных уровней должно осуществляться с использованием буферных систем

С учетом ранее описанной концептуальной модели функционирования АСУ выделим в качестве основных следующие множества элементов (концептов) и структур

А = {.А!, , А„} - {ау, N = {1, , п} - множество задач, решаемых в

АСУ (либо объектов, обслуживаемых АСУ),

В = {В¡, , В„,} = {В^ /1еМ/, М= {I, , т} - множество узлов (подсистем, элементов) АСУ, в которых решаются задачи,

С = {Сд1"',/}. е Ьм }= {С,\С', , С" \ЬМ = {1,2, Iм } - множество каналов (средств), имеющихся в узлах информационной системы (ИС), разрабатываемой АСУ, с использованием которых решаются задачи управления подразделениями МЧС,

фм = {ф'^'бл: еКм\Ки ={1,2, гм) - множество ресурсов, используемых в Вм узле,

п = ={1, ={1, - множест-

во операций, выполняемых в ходе решения задач управления подразделениями МЧС,

Е = ,р <= Р^РУ ={1, , } - множество потоков (информационных, вещественных, энергетических), возникающих в ходе решения задач управления подразделениями МЧС,

= {(-г^х е А},Л = {т, ф, тех, ПО, МО, ИО, ор} - множество структур ИС, в качестве которых в первую очередь выделяются топологическая, технологическая, техническая структуры АСУ, структура программного, математического и информационного обеспечения, организационная структура,

Т = (Т0, Т(] - интервал времени, на котором рассматривается процесс создания и применения АСУ,

Ы - 7-й локальный подинтервал времени, %/с: Т Локальные по-динтервалы времени вводятся в моделях синтеза и управления развитием АСУ для отдельных этапов ее жизненного цикла При этом в дальнейшем в зависимости от особенностей решаемых задач анализа, наблюдения и управления АСУ процессы функционирования ее основных элементов и подсистем будут рассматриваться как в дискретном, так и непрерывном времени

2 Метод формализации подсистем управления подразделениями МЧС

За счет совершенного планирования работы основных элементов и подсистем ИАСУП путем автоматизированного решения задач планирования и управления обеспечивается получение известных преимуществ автоматизации

- повышается пропускная способность каналов управления,

- экономятся ресурсы ИАСУП,

- снижается инерционность (временные задержки, запаздывание) в контурах управления ИАСУП,

- сокращается время, затрачиваемое на решение задач выбора,

- повышается обоснованность принимаемых при составлении планов решений по управлению подразделениями МЧС за счет увеличения числа сравниваемых вариантов планов и их многокритериальной оценки,

- уменьшается возможность возникновения пиковых информационных нагрузок при внезапных изменениях структуры ИАСУП

ИАСУП МЧС представляется при этом стохастической моделью динамической системы, внешними воздействиями которой являются случайные природные ситуации Динамическая система представляется путем описания соотношений между входными и выходными переменными Эти соотношения могут быть описаны разными способами корреляционными функциями, спектральными плотностями, моделями состояний

В ряде частных случаев, представляющих практический интерес, систему оценки состояния подразделений, имеющую существенно нелинейный характер, можно в первом приближении аппроксимировать линейной системой

Тогда систему оценки состояний в ИАСУП в соответствии с (1) можно представить линейной динамической системой с переменными параметрами

х(0 = А(()х(1) + В(Г)со(Г),х(1й ) = х0, В уравнениях (14), (15) введены следующие обозначения

(14)

= ,*„(/)} - вектор состояния подразделений МЧС в ИА-

СУП,

У (г) = {у, (/), - вектор выходных или наблюдаемых координат

исследуемой системы,

а>(() = {&>! (/), ,(г)} - вектор внешних техногенных воздействий, £(/) = {¿^ (?), , Е,г (/)} - вектор внутренних экономических изменений, А(1) - матрица системы подразделений ИАСУП, В(1) — матрица возмущающих воздействий,

и - матрицы наблюдаемых координат Будем рассматривать следующую задачу по заданному векторному случайному процессу имеющему вырожденную корреляционную матрицу, определить оценку вектора состояния %■((), то есть синтезировать оценку состояния системы объектов в рассматриваемой АСУ Эту задачу отыскания выражения для оценки состояния объектов в ИАСУП будем называть задачей оценивания Введем следующие характеристики случайных процессов

1) Вектор-функция математических ожиданий (или математическое ожидание)

тг (Г) =Ш{1), (16)

где М- символ математического ожидания

2) Матричная функция начальных моментов второго порядка

Гп{Ц,12) = Ж«1)У*^2) (17)

3) Корреляционная матричная функция (или корреляционная матрица) Кп{гъг2) = М¥{ц)¥*{12), (18)

где = У ( Г) — тг {¿) - центрированный случайный процесс Диагональными элементами этой матрицы , ) являются корреляционные функции случайных процессов Уг (Г), а недиагональными элементами (Ч'Ь)'1 * ] ' взаимные корреляционные функции случайных процессов

Ш и гу(0

4) Дисперсионная матричная функция (или дисперсионная матрица)

Матричная функция R^называется вырожденной, если ее можно представить в виде

^(Мг^доеч' i)Kh-h) + Q(.h)P*(.h)Kh-h), (20)

где P(t) и Q(t) - матричные функции размеров m х к(к < m), а

l(t-T)

0 ирн t < т, 0,5 при t = г,

1 при t > т (21)

Векторный случайный процесс У(1) в рамках корреляционной теории считается стационарным, если математическое ожидание п/ ({) не зависит от времени, то есть тг(Г) = т¥, а матрица ИГГ2) зависит только от разности 1Х — аргументов ^ и г2

Решение задачи оценки состояния для подразделений МЧС осуществляется в ИАСУП с помощью специального блока оценки

3 Метод автоматизированного решения задач планирования и управления ресурсами в подразделениях МЧС

Реализацию данного метода в работе предложено осуществить с помощью известных процедур оптимизации с использованием понятий и методов линейного программирования В связи с решением задач планирования и управления в подразделениях МЧС линейное программирование является первым шагом на пути практического использования теория оптимизации во всем ее многообразии

Экономико-математическая модель задачи линейного программирования в подразделениях МЧС как модель условной оптимизации включает целевую функцию, максимум или минимум которой требуется найти по условию, систему ограничений в форме линейных уравнений или неравенств, требование неотрицательности переменных

Таким образом, модель управления функциональной деятельностью в подразделениях МЧС может быть сведена к следующему найти оптимум (максимум или минимум) функции

Р(х) = С]Х] + С2х2 + + С„хт (22)

при условии, что

+ а,„хл + х

Ь,

+ а2пхп + х„+2 =

Ъ.

2

х, >0,х2 >0, >0,х„+1 >0, ,хп+т >0

(24)

Уравнения (22) - (24) являются формулировкой основной задачи линейного программирования В итоге оптимальное решение или множество оптимальных решений есть решение системы т линейных уравнений с п+т переменными

В главе решена задача по формированию и практической реализации структуры автоматизированной системы мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера субъекта РФ (АСМПЧС), структурная схема, которой приведена на рис 1

АСМПЧС является составной частью создаваемой ИАСУП МЧС Основу этой структуры составляет штатный Центр мониторинга и прогнозирования ЧС природного и техногенного характера Главного управления МЧС России по субъекту РФ АСМПЧС субъекта РФ представляет собой распределенную автоматизированную систему оперативного обмена информацией и содержит сеть центров коммутации и абонентских пунктов, обеспечивающую обмен данными, подготовку, сбор, хранение, обработку, анализ и рассылку информации Система обеспечивает безопасность и конфиденциальность информации, а также свободный доступ абонентам АСМПЧС имеет организационное, программное, техническое, математическое, методическое, лингвистическое, метрологическое и правовое обеспечение

В третьем разделе разработаны методы автоматизированного учета и оценки противопожарного состояния объектов В рамках данного научного результата

1 Использованы методы теории распознавания образов при учете объектов для оценки их противопожарного состояния с описанием процессов влияния возникающих техногенных и экологических ситуационных изменений

Функционирование предложенной в работе системы комплексной оценки противопожарного состояния объектов в работе осуществляется с помощью разработанного алгоритма ее реализации в ИАСУП

Разработанные метод, модели и алгоритмы позволяют обеспечить решение практических задач оценки противопожарного состояния объектов при

управлении подразделениями в условиях изменения экологических и экономических ситуаций, что обеспечивает синтез управляемых подсистем ИАСУП

Объекты мониторинга

■

Источники информации

автоматические датчики

космическии мониторинг

воздушная разведка

официальные источники

Информационная сеть МЧС региона

ЦУКС

Единая дежурно-диспетчерская служба (ЕДЦС)

Автоматизированная система контроля радиационной обстановки

Центр мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций ГУ МЧС по субъекту РФ

АРМы должностных лиц ГУ МЧС по субъекту РФ

Локальная вычислительная сеть

\

методы наблюдений, обработки данных, анализа ситуаций и прогнозирования (экспертная система)

математическое моделирование (модели ситуаций (модели развития ситуаций))

ЛПР

(начальник ГУ МЧС по субъекту РФ)

Рис 1 Структурная схема автоматизированной системы мониторинга и прогнозирования ЧС природного и техногенного характера субъекта РФ

2 Разработан метод сбора и обработки информации при инвентаризационном учете объектов для оценки их противопожарного состояния и управления ими Показано, что учет объектов сопряжен с распознаванием большого числа характеристик объектов В этой связи, обосновано и доказано, что программное обеспечение информационных систем инвентаризационного учета должно создаваться на основе применения методов теории распознавания образов В работе предложен вариант построения структуры системы обработки сообщений с кадастровой нумерацией объектов Представленное на рис 2 построение схемы ввода информации обеспечивает следующие преимущества

- исключает появление ошибок в описании строений (в том числе в кадастровом номере) благодаря использованию в диалоге перечня понятных оператору эталонных адресов,

- исключает появление дополнительных ошибок, связанных с выполнением оператором новой функции идентификации строения на карте,

- исключает появления при вводе цифрового кода кадастра новой группы ошибок в записи данных по адресу другого или несуществующего района, улицы, дома,

- обеспечивает проведение контроля и устранение ошибок без выполнения дополнительной операции перехода от кадастрового описания адреса к общепринятому его описанию в городе,

- обеспечивает проведение расчета статистических характеристик жилищной сферы, их анализа и объяснения полученных результатов

Рис 2 Наиболее рациональный вариант ввода информации при автоматизированном учете объектов

Для реализации указанной схемы ввода в работе обоснованы и предложены рекомендации обеспечения полноты и достоверности информации при проведении учета противопожарного состояния объектов Основным содержанием этапа обработки информации является проверка сформированного списка адресов строений базы данных на логическую непротиворечивость

Анализ возможных вариантов построения аналитических моделей оценки противопожарного состояния объектов показал, что целесообразно при их построении ориентироваться на класс регрессионных моделей На основе применения теории пассивных многофакторных экспериментов получена модель оценки противопожарного состояния объектов городских территорий в виде 7= 13,5 + 0,4х/ + 0,08x2 - 0,3х5 + 2,3х4 + 0,2х3, (25)

где X] - площадь участка [м2], х2 - состояние градостроительной зоны в баллах, х3 - удаленность от центров коммуникаций [км],

Х4 - стоимость имеющихся строений, приходящихся на один м2 земельного участка [тыс руб],

х5 — наличие водоснабжения, электричества, газа [баллы] Все факторы значимы По влиянию на выходной параметр факторы имеют следующий порядок влияния состояние строений, площадь участка, удаленность от центров, наличие водоснабжения, градостроительная ценность

Эксперимент показал, что наибольшее влияние на противопожарное состояние участка городских территорий оказывает фактор наличия водоснабжения (в том числе и пожарного) и состояния пригодности (ветхости) строения (сооружения) Эти показатели имеют большее влияние, чем площадь самого участка

В работе получена регрессионная модель влияния экологических факторов на естественную убыль населения

7= 3,08 + 0,027x7 + 0,53x5 • Ю"3 - 41х5 • 10"3 (26)

При этом влияние факторов на здоровье населения по материалам исследований позволяет сопоставить обработанные с помощью полученной модели данных с временными и пространственными характеристиками В этом случае основной целью такого сопоставления является определение территорий, контрастно выделяющихся по уровню смертности и заболеваемости

Четвертый раздел диссертации посвящен разработке моделей решения задач автоматизированного планирования и управления подразделениями в региональных органах управления МЧС Для выбора необходимых решений в

работе предлагается использовать модели линейного и динамического программирования

1 Модель реструктуризации подразделений МЧС в региональных органах управления

Задачу реструктуризации подразделений МЧС будем рассматривать как задачу динамического программирования, в которой в качестве исследуемой системы 5 выступает структура одного из органов управления МЧС Состояние этой системы определяется временем использования существующей структуры г, то есть ее сроком службы

В качестве управлений выступают решения о реструктуризации или сохранения существующей системы управления, применяемые в начале каждого года Обозначим через С/? решение о сохранении существующей структуры, а через и2 - решение об изменении структуры (о реструктуризации)

Тогда задача состоит в нахождении такой стратегии управления, определяемой решениями, принимаемыми к началу каждого года, при которой общий выигрыш (предотвращенный ущерб) системы управления будет максимальным

Эта задача обладает свойствами аддитивности и отсутствия последействия Следовательно, ее можно решить по алгоритму задачи динамического программирования, реализуемому в два этапа На первом этапе при движении от начала 5-го года к началу 1-го года для каждого допустимого состояния структуры органов управления МЧС найдем условное оптимальное управление (решение), а на втором этапе при движении от начала 1-го года к началу 5-го года из условных оптимальных решений для каждого года составим оптимальный план реструктуризации системы управления МЧС

Графическая интерпретация последовательности поэтапного выбора оптимальных решений по изменению структуры системы управления подразделениями МЧС может быть пояснена на рис 3

Приведенный пример реструктуризации подразделений МЧС в СевероЗападном регионе показывает, что данная методика может быть реализована в других регионах Российской Федерации

2 Модель оптимального распределения ресурсов при эвакуации оборудования (имущества) подразделением МЧС при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций (в том числе и при пожаре)

2006 г 2007 г 2008 г 2009 г 2010 г

Рис 3 План выбора оптимальных решений при реструктуризации органов управления подразделениями МЧС

Для иллюстрации применимости метода линейного программирования при планировании и управлении ресурсами рассмотрим следующий частный пример Предположим, что имеется достаточно сложное и дорогостоящее оборудование различных видов, расположенное на нескольких этажах одного здания Для его эвакуации требуется т различных видов спасательных ресурсов подразделений МЧС Эти ресурсы ограничены, и их объемы составляют соответственно Ь[, Ь2, , Ьт условных единиц В данной ситуации нужны оптимальные решения Что же такое оптимальное решение и какой математический аппарат необходимо использовать для его нахождения? То есть, необходимо найти ответ на вопросы как поставить задачу, составить ее математическую модель, получить оптимальное решение, провести его всесторонний анализ, наглядно представить результаты

Технология эвакуации каждого вида оборудования задается коэффициентами прямых материальных затрат а,„ которые указывают, сколько единицу-го ресурса требуется для эвакуации единицы оборудования г-го вида

(7 = 1I = 1,п )

Пусть время (в условных единицах), затрачиваемое при эвакуации единицы оборудования /-го вида, равно х, Требуется определить такой порядок эвакуации, чтобы общее время было минимальным в предположении изменения соответствующих спасательных ресурсов в пределах имеющихся в подразделении МЧС

При исследовании модели оптимального распределения ресурсов в чрезвычайных ситуациях для подразделения МЧС наибольший интерес представляет решение задачи вариантного анализа

Решение задачи распределения ресурсов обеспечивается достаточно просто с использованием программного продукта Excel При этом, под вариантным или параметрическим анализом будем понимать решение задачи оптимизации при различных значениях тех параметров, которые ограничивают улучшение целевой функции Параметрический анализ проведем на примере изменения имеющихся в нашем распоряжении ресурсов в пределах, отмеченных в таблице 1

Таблица 1

Параметрический анализ на примере изменения имеющихся в распоряжении ресурсов

Вариант 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ограничения 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

людские ресурсы 5000 3700 1780 1780 2120 2120 2750 3750 4800 8200

материальные средства 4700 3800 2750 1780 1780 2120 2120 2120 2120 2120

финансовые средства 4250 3450 1780 1780 2120 2120 2120 2120 2120 2120

С помощью программы Excel для каждого варианта получаем оптимальное решение В нашем случае получено 30 оптимальных решений Результаты этих решений приведены также на рис 4 Полученные решения показывают границы, в которых могут изменяться ресурсы с целью обеспечения минимальных потерь, а также - структуру оптимального решения, т е номенклатуру расходуемых ресурсов

Это означает, что при изменении людских ресурсов в пределах, обеспечивающих достижение минимальных временных потерь, необходимо значительное увеличение материально-технических и финансовых средств Аналогично, при изменении материально-технических (финансовых) ресурсов в пределах, обеспечивающих достижение минимальных временных потерь, требуется значительное увеличение людских ресурсов Наиболее приемлемый результат достигается в точке равной 1780 условных единиц времени (см рис

4)

4000

3 4 5 6 7 8

Варианты изменения ресурсов (условных единиц)

Рис 4 Зависимость целевой функции от изменения имеющихся ресурсов подразделений МЧС

Что обеспечивается следующим расходом ресурсов людских ресурсов - 80 человек,

материально-технических ресурсов - 120 условных единиц, финансовых ресурсов - 160 условных единиц

При этом средние временные затраты по этажам X/ - 2, х2 - 4, х; - 5. х4- 9 условных единиц

Действительно, если вывести из вариантов решений таблицы 1 промежуточные данные приемлемого результата по варианту 4 указанной таблицы, то в этом случае имеем следующие данные Microsoft Excel 9 0 Отчет по результатам Рабочий лист ( Пример Чуприян А П xls) Лист 1 Отчет создан 04 03 05 11 40 39

имя Э1 значение 2 нижн гр верхн гр кф в ЦФ 41

вид

люд рес 6 финансы 2 мат рес 2

Э2 4

51

ЭЗ 5

Э4 9

90 116

Ограничения

12

ЦФ 1780

лев часть знак 80 160 120

напр мин

пр часть 40 100 90

По этим результатам видно, что для значения целевой функции Р = 1780 значения расходов ресурсов приведены в столбце под обозначением (лев часть) Эти значения 80,160, 120, что соответствует точке 4 на рисунке 4 Таким образом, рассмотренная здесь модель позволяет руководителю подразделения МЧС осуществлять управление имеющимися ресурсами по обеспечению эвакуации оборудования при ликвидации последствий ЧС с минимальными временными потерями при ограниченных ресурсах

3 Имитационная модель в задачах планирования и управления ресурсами в подразделениях МЧС

В реальной управленческой деятельности на процесс планирования и управления подразделениями МЧС различные случайные обстоятельства оказываются значительное влияние Моделирование системой управления ресурсами подразделений МЧС приходится в условиях неопределенности С учетом этого, в диссертации разработана имитационная система для автоматизированного решения задач планирования и управления ресурсами, которая является подсистемой ИАСУП МЧС

В пятом разделе рассмотрены методы управления в ИАСУП МЧС Сформулированы основные показатели, связанные с изучением сложных многофакторных систем которыми являются автоматизированные системы управ-

ления подразделениями МЧС в регионах, дано общее понятие сложной многофакторной системы

В исследовании предложены следующие цели исследования математических моделей дисперсионного анализа управленческой деятельности руководителей МЧС региона выявление значимых факторов, выявление различия между уровнями факторов, выявление значимых факторов с неоднородностя-ми, выявление оптимального сочетания уровней факторов

Рассмотрен частный пример в процессе наблюдения получено N результатов выходной переменной (отклика на управляющее воздействие) уг, у2, уп, каждое значение отклика можно рассматривать как результат воздействия факторов и неконтролируемых переменных (субъективизм руководителей подразделений, форсмажорные обстоятельства и т д) Воздействие фактора в конкретном наблюдении отождествим с эффектом соответствующего фактора, влияние неконтролируемых факторов с некоторой случайной величиной, которую назовем ошибкой опыта (управления)

С учетом сказанного каждое управление у„ г = 1, 2, , А/, можно представить в виде суммы указанных эффектов

где 61: в2, 9Р - неизвестные коэффициенты (параметры), характеризующие влияние соответствующего источника вариации отклика,

х, 1, х,2, , х1р - известные постоянные коэффициенты, определяемые значениями уровней факторов в г-м управлении,

е, - случайная ошибка в г-м управлении Ошибки управления распределены независимо с нулевым математическим ожиданием и равными дисперсиями, т е

Здесь М - символ математического ожидания, о*/ = 1 при I = ] и 8Ч = О

при I

Коэффициенты хч могут принимать только два значения 0 или 1 Значение хч = 1 свидетельствует о том, что эффект соответствующего источника присутствует в выражении (27), хд = 0 — в противном случае В матричной форме модель (27) принимает вид

у, = + в2Х,2 + + врХ1р + £„

(27)

М(е) = 0, М(е,е) = <т/<5у (г, ] = 1,2, , Ю

(28)

у=Хв+ е,

(29)

Л хп Х|2 Х>Р «1

У 2 *21 Х22 Х2Р вг s2

гдеУ- ,х = ,9 =

у». *„1 Хп2 Х»Р

Будем называть у вектором управления, е - вектором ошибок управления В модели (29) X - матрица планирования, в - вектор неизвестных параметров С учетом матричных обозначений предположения (28) примут вид М(е) = О,

М(е/) = аХ, (30)

где /„ - единичная N xN— матрица

В результате проведения эксперимента по моделированию управленческой деятельности руководителя МЧС пользователь получает N значений отклика на управляющее воздействие у В соответствии с планом проведения эксперимента по моделированию управленческой деятельности руководителя можно построить матрицу X Таким образом, в модели (29), описывающей данный эксперимент, неизвестными величинами являются вектор параметров в и вектор ошибок s

Задача дисперсионного анализа заключается в получении оценок параметров 9j, выдвижении различных гипотез относительно истинных значений параметров 6j и проверка их истинности с заданной вероятностью ошибки

Результаты проверки истинности тех или иных значений параметров и их совокупностей позволяют сделать выводы о степени влияния отдельных источников дисперсии на выходную величину у Перейдем к решению задачи оценивания параметров исходной модели

Для того чтобы получить оценки параметров в в линейной модели (29), в диссертации используется метод наименьших квадратов (МНК)

Суть этого метода состоит в том, чтобы МНК-оценки в минимизировали сумму квадратов отклонений экспериментальных значений отклика у от прогнозируемых по модели (29) По методу наименьших квадратов оценки получаются при минимизации суммы квадратов разностей между наблюдениями и их математическими ожиданиями, т е

N р

8=- 2>Л)2 ^ шйш (31)

i=0 }=\

При минимизации выражения (31) получается система нормальных уравнений

N р N

\Х*У,, (32)

<=1 1=1 1=1

где к =1,2, ,р,

которая в матричной форме имеет вид

ХтХв = Хту (33)

Для оценивания неизвестных параметров в дисперсионном анализе может использоваться метод максимального правдоподобия, позволяющий получить их оптимальные оценки В диссертации доказывается, что вычисленные с помощью этого метода оценки параметров будут обладать такими оптимальными свойствами, как несмещенность, состоятельность, эффективность Ранее было сделано допущение, что ошибки в модели у=Хв+е (34)

распределены независимо, с нулевым математическим ожиданием и равными дисперсиями сг/

При этих допущениях оценки максимального правдоподобия совпадают с оценками, вычисленными по методу наименьших квадратов МНК-оценки в неизвестных параметров в в модели (34) вычисляются путем минимизации суммы квадратов ошибок

88е = /е=(у-Хв)т(у-Хв),

что эквивалентно решению системы нормальных уравнений 1бХв=)бу (35)

Общий вид решения этой системы определяется выражением д=вХту + (Н-1)г, (36)

где О = (XеX) - обобщенная обратная к XеX матрица,

Н = сх'х,

г - произвольный вектор

Выражение (36) задает множество решений нормальных уравнений Выбор обобщенной обратной матрицы О и вектора г определяет одно решение из этого множества В случае невырожденности матрицы XеX матрица в и вектор 9 единственны в = (ХТХ)-1, 9= (ХтХ)"'Хту В общем случае в не является несмещенной оценкой

М(в) = (ХтХ) ~ХтМ(у) +(Н-1)г = (ХтХ) ~Хтв+ (Н-1)г = Нв+ (Н-1)г (37) И только тогда, когда (XеX) =(ХГХ)-', оценка в будет несмещенной Этот

случай характерен для регрессионного анализа, в дисперсионном анализе он почти не встречается В связи с этим особый интерес вызывают некоторые линейные комбинации параметров, называемые функциями, допускающими оценку Поэтому справедлива параметрическая функция (//вида

где в - вектор неизвестных параметров, д - вектор постоянных коэффициентов, называется функцией, допускающей оценку, если для нее существует

Для проверки гипотез в диссертации используется Р-критерий Фишера, позволяющий оценить значимость отдельного фактора или всех факторов модели в совокупности На втором этапе применяется один из методов множественного сравнения, позволяющий оценить значимость парных сравнений или произвольных линейных оцениваемых пар метрических функций Здесь применяется Б-метод множественного сравнения, обладающий таким важным достоинством, как нечувствительность к нарушению предположений о нормальности и равенстве дисперсий

Шестой раздел посвящен анализу разработанной интегрированной автоматизированной системы управления подразделениями (ИАСУП) Главного управления (ГУ) МЧС России по субъекту РФ, которая является подсистемой ИАСУП МЧС региона

С повышением ответственности руководящего состава ГУ МЧС России за результаты управленческой деятельности, возрастает роль научно-технической разработки проблем, связанных с выработкой и принятием решений Можно сказать, что успешное решение этих проблем определяет повышение эффективности систем управления С другой стороны, создание и внедрение автоматизированных рабочих мест (АРМ) руководителей ГУ МЧС России субъектов РФ на базе персональных компьютеров нового поколения, а также систем информационного обслуживания с централизованной базой знаний (экспертной системой) являются технической и организационной предпосылкой для постановки и решения задач подготовки и обоснования решений по управлению подразделениями МЧС в субъектах РФ

Установлено, что ИАСУП ГУ МЧС России по субъектам РФ характеризуется следующими качествами

р

(38)

1=1

такой вектор а, что М(ау) = цг

- элементами организационных структур ИАСУП являются люди, формирующие динамические подразделения и службы МЧС, которые оказывают влияние на качество управления системой,

- основным назначением системы являются целенаправленные воздействия на объекты и процессы, осуществляемые информационным путем,

- основным технологическим процессом, протекающим в системах при взаимодействии с окружающими системами (подчиненными, вышестоящими, смежными), являются процессы накопления и переработки информации,

- ИАСУП обладают управленческой двойственностью, т е , с одной стороны, являются управляющими подсистемами, а, с другой - относительно ав-тоуправляемы,

- ИАСУП относительно независимы от материально-технических процессов управляемой подсистемы

Предлагается вариант построения ИАСУП ГУ МЧС России по субъекту РФ, которая предназначена для подготовки и обоснования оперативных решений на основе анализа стандартных управленческих ситуаций (СУС), возникающих в повседневной деятельности подчиненных подразделений МЧС (объектов управления)

Преимуществом предлагаемого варианта системы является возможность предметного и достаточно полного исследования сложившейся при управлении ситуации, подготовки оптимальных решений, проверка (проигрывание) полученных решений на компьютерной модели для сведения к минимуму обнаруженного рассогласования между запланированными и фактическими значениями характеристик повседневной деятельности

Требуется оценить сложившуюся управленческую ситуацию А (например, Акр - критическая, Ат - аварийная, Аф _ нормальное функционирование), найти первопричины 1Х, обусловившие возникновение А, предложить альтернативные решения {й?,}, выбрать и обосновать оптимальное решение (Д)

Цель решения задачи - вернуть систему в состояние нормального функционирования

V (М1) А кр => А фи А ав =>А кр =>А ф II А т =>А ф (39)

Формула управления упрощенно может быть представлена следующим

выражением

V (Мп) с у (Мп), д (А), п (М,), со (Д}), (40)

где у (М1) - измерение вектора М1, <5 (А) - оценка ситуации, г) (М) - поиск

показателей первопричин, давших отклонение от плана, сй(Д) - поиск класса решений Д Эта операция последовательно повторяется для уточнения класса Д. и выхода на операцию Допт

В диссертационной работе рассмотрен вариант автоматизации управления в системе в соответствии с выражением (40)

Базовая концепция построения ИАСУП МЧС основана на оценке и классификации ситуаций с помощью стандартизованного классификатора причин невыполнения плана, составленного по опыту оперативного управления, классификатор хранится в системе и открыт для пополнения

Формальное описание процедуры распознавания ситуаций можно представить следующим образом

/кеД/Я1=ех(гР(Х1д), (41)

где Д] - 7-й класс решений, соответствующих конкретной рассматриваемой совокупности показателей (т е класс, сформированный в процессе «обучения» системы, консультаций с экспертами и т д ),

(Х/д) - оценка степени сходства данной (к-й) совокупности показателей с «эталоном» /-го класса, полученная, например, информационным, статистическим, экспертным или другим путем,

Р(Х]д) - некий функционал этой оценки, который также может быть получен одним из способов,

Я^ - максимальное значение оцениваемых величин среди всех просмотренных классов

Выражение (41) означает следующее для исправления к-й ситуации следует выбрать решение из того класса Др т е для такого значения у, на котором Р(Хщ) принимает экстремальное значение

Не останавливаясь на описании других процедур выработки решения, рассмотрим функциональную структуру предлагаемой ИАСУП МЧС (рис 5)

Основными элементами системы, используемыми для диагностики сложившейся ситуации, являются

- блок обработки оперативной отчетности, на выходе которого формируется рассогласование между планом и фактом (1),

- блок распознавания СУС (2),

- база знаний (8), включающая среднеотраслевые, прогрессивные отечественные и зарубежные нормативы, оперативную и статистическую отчетность,

- система информационного обслуживания (9), обеспечивающая отображение по запросу ЛПР необходимой информации из базы знаний

Из блока 1 исходные данные поступают в блок 2 распознавания ситуаций, для работы которого в качестве главного элемента используется классификатор причин невыполнения плана

Выра ботка решений Имитация принятия решений

■ - блок сравнения

- выходная информация

ПК ЛПР (АРМ начальника ГУ МЧС России по субъегау РФ)

Рис 5 Функциональная структура интегрированной автоматизированной системы управления подразделениями МЧС

В блоке 3 количественной оценки ситуаций проводится расчет ожидаемого выполнения плана на конец отчетного периода

Выходная информация о сложившейся ситуации в управлении формируется в блоке статистики 5

Для всестороннего анализа и количественной оценки сложившейся ситуации ЛПР сопоставляет по имеющейся отчетности значения показателей, связанных с указанной объектом причиной, выявляет происшедшие изменения (отклонения) взаимосвязанных показателей, сравнивает поведение объекта в настоящем и прошлом или сопоставляет его с другими объектами

По результатам анализа ЛПР может подключить блок выработки решений

Оценка последствий от непринятия мер по сложившейся ситуации является исходной информацией для инициирования работы блока выработки решений (6)

Прогноз ожидаемого выполнения плана по каждому выбранному ЛПР решению проводится с использованием данных из базы знаний на основе математической модели взаимосвязи управленческих и технико-экономических показателей В блоке 6 также проводится оценка погрешности прогнозной модели

Для выбора оптимального решения в системе используется аппарат теории имитационного моделирования и комплекс стандартных программ прогнозирования результатов Выполнение этих программ происходит в диалоговом режиме, при непосредственном участии пользователя, который может осуществлять корректировку, как исходных данных, так и их условий

Оценка полученного результата доводится до ЛПР Если ЛПР желает продолжить работу с системой, он обращается в блок 7 для проведения контрольного испытания выбранного решения

В качестве предупредительных мер для обеспечения опережающего управления в состав системы включены блоки 10, 11, предназначенные для анализа и определения тенденций развития управленческого процесса во времени

База знаний, наряду с табличной формой отображения данных, предлагает пользователю графическую форму, отражающую динамику и тенденции в функционировании объекта управления Используя математические модели и аппарат средств прогнозирования (в частности, графический метод), с опреде-

ленной вероятностью можно выявить тенденцию функционирования объекта управления во времени

Отличительной особенностью предлагаемой системы является включение в систему блока анализа ситуаций, работающего по рассогласованию между планом и фактом Распознавание ситуаций выполняется на основе стандартизованного классификатора причин невыполнения плана, где каждой причине поставлены в соответствие альтернативные решения Количественное обоснование предлагаемых решений выполняется в блоке выработки решений Проигранные на ЭВМ в блоке имитации решения через обратную связь возвращаются пользователю Процесс повторяется до тех пор, пока не будет сведено к нулю рассогласование между планом и фактом

В главе приведена оценка экономической эффективности от внедрения перспективной ИАСУП в деятельность Главного управления МЧС России по Санкт-Петербургу Приведенный экономический расчет позволяет сделать вывод, что при минимальных затратах на ввод в эксплуатацию этой системы эффект от принятия оптимальных решений по различным видам задач руководством ГУ МЧС России по Санкт-Петербургу достигает от 25 до 40%

В заключении приводятся основные результаты диссертационной работы

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В результате проведенных исследований решена научно-техническая проблема, имеющая важное народно-хозяйственное значение, и заключающаяся в разработке методологии построения региональных интегрированных автоматизированных систем управления подразделениями МЧС России в условиях динамичного изменения правовой базы и экономики страны

При выполнении данной работы проведен системный анализ существующих концептуальных основ и методов построения автоматизированных систем управления подразделениями МЧС Рассмотрена концептуальная модель ИАСУП, где в качестве первичных объектов управления был выделен класс объектов - подразделения МЧС, характеризуемых группой характеристик (физических, юридических, экономических и целевых), которые определяются целым рядом факторов Кроме того, в качестве основных элементов содержательного описания функционирования ИАСУП были выделены следующие концепты операции взаимодействия, потоки, ресурсы, структуры, задачи, цели Проведено концептуальное и математическое описание моделей подсистем ИАСУП, которое позволило с единых позиций подойти к выбору

путей решения основных задач планирования и управления развитием системы, а также управление изменением их поведения на заданном интервале времени в будущем С этой целью в работе сформулированы требования, предъявляемые к ИАСУП при автоматизированном решении задач планирования и эффективного управления подразделениями МЧС Получены следующие основные результаты

1 Методы построения интегрированной автоматизированной системы управления подразделениями МЧС России В рамках данного результата

осуществлен многомодельный подход к решению проблемы построения АСУ и управления подразделениями МЧС,

разработан метод формализации подсистем управления подразделениями МЧС России,

разработан метод автоматизированного решения задач планирования и управления ресурсами в подразделениях МЧС,

проведена формализация управления функциональной деятельностью подразделений МЧС,

разработана и внедрена автоматизированная система мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера субъекта Российской Федерации

2 Методы автоматизированного учета и оценки противопожарного состояния объектов В рамках данного результата

рассмотрен метод теории распознавания образов при учете объектов для оценки их противопожарного состояния,

разработан метод сбора и обработки информации при инвентаризационном учете объектов для оценки их противопожарного состояния,

разработан метод оценки объектов с учетом их техногенного состояния, разработан метод экспертного анализа противопожарного состояния объектов

3 Модели решения задач автоматизированного планирования и управления подразделениями в региональных органах управления МЧС В рамках данного результата

разработана модель реструктуризации подразделений в региональных органах управления МЧС,

разработана модель оптимального распределения ресурсов при эвакуации оборудования объекта при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций подразделением МЧС,

рассмотрено применение имитационных моделей в задачах планирования и управления ресурсами в подразделениях МЧС,

приведен пример применения имитационного моделирования при реконструкции объектов хозяйственной деятельности

4 Методы управления в интегрированной автоматизированной системе управления подразделениями МЧС В рамках данного результата

проведено обоснование показателей и критерия оценки мероприятий по управлению подразделениями МЧС,

разработан многофакторный метод управления подразделениями МЧС на основе модели дисперсионного анализа,

предложен метод параметрической идентификации моделей систем управления подразделениями МЧС

5 Функциональная структура интегрированной автоматизированной системы управления подразделениями МЧС В рамках данного результата

разработана концептуальная модель интегрированной автоматизированной системы управления подразделениями МЧС в субъектах РФ,

определены эргономические требования к интегрированной автоматизированной системы управления подразделениями МЧС в субъектах РФ,

предложена структура интегрированной автоматизированной системы управления подразделениями МЧС в субъектах РФ,

проведена оценка экономической эффективности внедрения интегрированной автоматизированной системы управления подразделениями Главного управления МЧС России по Санкт-Петербургу

Все полученные в процессе диссертационных исследований научные результаты подтверждены 4 актами реализации

В целом совокупность полученных в диссертации теоретических и практических результатов позволяет сделать вывод о том, что цель исследований достигнута, сформулированная проблема решена

Основные положения диссертации опубликованы в 58 работах, основными из которых являются

Монографии:

1 Чуприян А П , Беляцкий В П , Ильин В В Проблема противопожарной защиты метрополитенов и ее решение СПб СПб университет МВД России,

2000 22,0/ 12,3 п л

2 Чуприян А П Интегрированная автоматизированная система управления подразделениями МЧС России (на примере Северо-Западного региона России) Монография / Под ред В С Артамонова СПб СПбУ ГПС МЧС России, 2007, 21,0/ 12,5 п л

Учебники и учебные пособия:

3 Чуприян А П , Антюхов В И , Артамонов В С , Исаков С Л Системный анализ и принятие решений // Учебник для вузов МЧС СПб СПбУ ГПС МЧС России, 2006 23,9/5,1 пл

4 Чуприян А П , Малыгин И Г , Тимошенко А А Организация выполнения и защиты дипломных работ (проектов) // Учебное пособие СПб СПбУ МВД России, Академия права, экономики и безопасности жизнедеятельности

2001 2,6/0,5 п л

5 Чуприян А П , Артамонов В С , Кадулин В Е , Мулишкин В Д Интеллектуальные информационные системы // Учебное пособие СПб СПбУ МВД России, Академия права, экономики и безопасности жизнедеятельности 2001 3,8 / 0,7 п л

6 Чуприян А П , Артамонов В С , Кадулин В Е , Мулишкин В Д Применение математических методов и новых информационных технологий в научных исследованиях // Учебное пособие СПб СПбУ МВД России, Академия права, экономики и безопасности жизнедеятельности 2001 5,8 / 1,0 п л

7 Чуприян А П , Анисимов Б П , Малыгин И Г Эффективные алгоритмы управления управляющих подсистем автоматизированных систем управления объектами // Учебное пособие СПб СПбИ ГПС МЧС России, 2004 4,0/ 1,1 п л

8 Чуприян А П, Анисимов Б П , Парышев Ю В Методы решения задач планирования и управления ресурсами в подразделениях МЧС России для повышения эффективности их хозяйственной деятельности // Учебное пособие СПб Санкт-Петербургский институт ГПС МЧС России 2005 12,4/2,3 п л

Статьи в ведущих научных журналах и изданиях, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

9 Чуприян А П , Артамонов В С Методика синтеза процессов управления подразделениями МЧС на основе ведомственной информационной сети

СПб «Вестник Санкт-Петербургского института ГПС МЧС России» №2, 2003 0,5 / 0,3 п л

10 Чуприян АП, Артамонов ВС Формализованная модель синтеза процессов управления подразделениями МЧС региона на основе ведомственной информационной сети СПб «Вестник Санкт-Петербургского института ГПС МЧС России» №2, 2003 0,6 / 0,3 п л

11 Чуприян А П , Артамонов В С , Малыгин И Г Особенности построения интегрированной автоматизированной системы управления подразделениями МЧС Северо-Западного региона России // Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование Том 2 СПб Сиб отд РАН, СПб гос политехнический университет, Военная академия связи, 2005 0,3/0,1 пл

12 Чуприян А П Итоги работы Северо-Западного регионального центра МЧС России за 2004 год СПб Вестник №1(8) Санкт-Петербургского института ГПС МЧС, 2005 0,8 п л

13 Чуприян А П Информационная система мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера субъекта Российской Федерации СПб Вестник № 1(12)-2(13) Санкт-Петербургского института Государственной противопожарной службы МЧС, 2006 0,5 п л

14 Чуприян А П, Малыгин И Г Создание информационной системы мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера субъекта Российской Федерации M Пожаровзрывобезо-пасность, №1, 2006 0,5/0,3 п л

15 Чуприян А П Методы и алгоритмы учета и оценки состояния противопожарной безопасности объектов региона СПб Вестник №30 Санкт-Петербургского университета МВД России, 2006 0,5 п л

16 Чуприян А П Методы и алгоритмы эффективного управления подразделениями МЧС СПб Вестник №31 Санкт-Петербургского университета МВД России, 2006 0,6 п л

17 Чуприян АП Перспективы развития автоматизированной системы управления подразделениями МЧС Северо-Западного региона России // Региональная информатика - 2006 Сборник трудов юбилейной X международной конференции Санкт-Петербург, 24-26 октября 2006 г СПб Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации РАН, 2006 0,8 п л

18 Чуприян АП Методы и алгоритмы эффективного управления подразделениями МЧС России СПб Научное приложение к Вестнику №4(15) Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России, 2006 1,0 п л

19 Чуприян А П Методы и алгоритмы учета и оценки состояния противопожарной безопасности объектов Северо-Западного региона СПб Научное

приложение к Вестнику №4(15) Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России, 2006 0,8 п л

20 Чуприян А П Интегрированная система поддержки принятия решений в информационной системе органов управления подразделениями МЧС СПб Вестник №4(15) Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России, 2006 0,6 п л

21 Чуприян АП Концептуальные основы автоматизированного решения задач планирования и эффективного управления подразделениями МЧС СПб Вестник №4(15) Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России, 2006 0,5 п л

Статьи во всероссийских, региональных и ведомственных научных журналах и изданиях:

22 Чуприян А П Ильин В В , Дебров С В Требования к системам пожарной автоматики кабельных сооружений и подбалюстрадного пространства метрополитенов М Вестник №1 Академии Государственной противопожарной службы МЧС России, 2004 0,5/ 0,1 п л

23 Чуприян А П , Ильин В В , Ефимов С Г Пути совершенствования противодымной защиты метрополитенов М Вестник №1 Академии Государственной противопожарной службы МЧС России, 2004 0,7/ 0,2 п л

24 Чуприян А П , Ильин В В , Дебров С В Физическое моделирование движения высокократной пены по коллекторным сооружениям при тушении пожаров М Вестник №1 Академии Государственной противопожарной службы МЧС России, 2004 0,8/ 0,2 п л

25 Чуприян А П , Беляцкий В П , Ильин В В Расчет времени эвакуации со станций метрополитенов М Вестник №2 Академии Государственной противопожарной службы МЧС, 2004 г 1,0/ 0,3 п л

Материалы докладов на международных конференциях:

26 Чуприян А П Предложения по построению система принятия оптимального решения по управлению подразделениями ГПС МВД в крупных регионах // Проблемы обеспечения пожарной безопасности Северо-Западного региона Материалы международной научно-практической конференции Санкт-Петербург, 15 ноября 2000 г СПб СПбУ МВД России, 2000 0,3 п л

27 Чуприян А П , Беляев Л А , Поляков Е В Проблемы применения прикладных экспертных систем в ГПС // Проблемы обеспечения пожарной безопасности Северо-Западного региона Материалы международной научно-практической конференции Санкт-Петербург, 15 ноября 2000 г СПб СПбУ МВД России, 2000 0,3/ 0,1 п л

28 Чуприян А П Экспертная система анализа управленческой деятельности управлений ГПС МВД России в крупных регионах // Проблемы обеспе-

чения пожарной безопасности Северо-Западного региона Материалы международной научно-практической конференции Санкт-Петербург, 18 октября 2001 г СПб СПбУ МВД России, 2001 0,2 п л

29 Чуприян А П, Малыгин И Г Методы и средства разработки информационных систем для обеспечения пожарной безопасности в чрезвычайных ситуациях // Проблемы обеспечения пожарной безопасности СевероЗападного региона Материалы международной научно-практической конференции Санкт-Петербург, 18 октября 2001 г СПб СПбУ МВД России, 2001 0,2/0,1 пл

30 Чуприян А П Функционирование и информационное обеспечение системы управления кризисными ситуациями // Материалы международной научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций и их источников» М Всероссийский центр мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций «Антистихия», 2001 0,2 п л

31 Чуприян А П , Малыгин И Г Единая служба спасения «01» проблемы становления и пути развития // Международный опыт подготовки специалистов пожарно-спасательного профиля Материалы международной научно-практической конференции Санкт-Петербург, 20-21 января 2004 г СПб СПбИ ГПС МЧС России, 2004 0,2/ 0,1 п л

32 Чуприян АП Практический опыт в создании Центра мониторинга, прогнозирования и предупреждения чрезвычайных ситуаций и управления в кризисных ситуациях Главного управления по делам ГО и ЧС Санкт-Петербурга // Международный опыт подготовки специалистов пожарно-спасательного профиля Материалы международной научно-практической конференции Санкт-Петербург, 20-21 января 2004 г СПб СПбИ ГПС МЧС России, 2004 0,2 п л

33 Чуприян А П , Малыгин И Г Автоматизированная поддержка управленческих решений в условиях ЧС в регионе // Международный опыт подготовки специалистов пожарно-спасательного профиля Материалы международной научно-практической конференции Санкт-Петербург, 20-21 января 2004 г СПб СПбИ ГПС МЧС России, 2004 0,3/ 0,1 п л

34 Чуприян А П , Артамонов В С Математические модели управления подразделениями МЧС в регионах России // Проблемы обеспечения безопасности при чрезвычайных ситуациях Материалы международной научно-практической конференции Санкт-Петербург, 27-28 октября 2004 г СПб СПбИ ГПС МЧС России, 2004 0,3 / 0,15 п л

35 Чуприян А П Методологические и технические основы построения интегрированной автоматизированной системы управления подразделениями МЧС крупного региона России // Применение современных методов и форм

методической работы в подготовке специалистов пожарно-спасательного профиля (международный опыт) Материалы международной научно-практической конференции Санкт-Петербург, 9 февраля 2005 г СПб СПбИ ГПС МЧС России, 2005 0,2 п л

36 Чуприян А П Информационная система мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера СевероЗападного регионального центра МЧС России // Применение современных методов и форм методической работы в подготовке специалистов пожарно-спасательного профиля (международный опыт) Материалы международной научно-практической конференции Санкт-Петербург, 9 февраля 2005 г СПб СПбИ ГПС МЧС России, 2005 0,2 п л

37 Чуприян А П, Артамонов В С Методы и алгоритмы эффективного управления подразделениями МЧС // Пожарная охрана Мира Расширение функций и задач Материалы международной конференции КТИФ Санкт-Петербург, 14 октября 2005 г СПб СПбИ ГПС МЧС России, 2005 0,2 / 0,1 п л

38 Чуприян А П Предложения по построению ведомственной информационной сети МЧС Северо-Западного региона России // Пожарная охрана Мира Расширение функций и задач Материалы международной конференции КТИФ Санкт-Петербург, 14 октября 2005 г СПб СПбИ ГПС МЧС России, 2005 0,2 п л

39 Чуприян А П Применения геоинформационных технологий в управлении подразделениями МЧС в Северо-Западном регионе России // Актуальные проблемы защиты населения и территорий от пожаров и катастроф Материалы международной научно-практической конференции Санкт-Петербург, 21 июня 2006 г СП б СПбУ ГПС МЧС России, 2006 0,2 п л

40 Чуприян А П Методологические и технические основы процессов управления подразделениями МЧС на основе информационных сетей СевероЗападного региона России // Подготовка кадров в системе предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций Материалы международной научно-практической конференции Санкт-Петербург, 14 сентября 2006 г СПб СПбУ ГПС МЧС России, 2006 0,2 п л

Материалы докладов на Всероссийских и региональных конференциях-

41 Чуприян А П Выбор показателей и критерия оценки мероприятий по управлению подразделениями ГПС МВД в крупных регионах // Тушение пожаров на объектах аэрокосмической техники Материалы Всероссийской научно-практической конференции Санкт-Петербург, 19 сентября 2001 г СПб ГИПХ, 2001 0,2 п л

42. Чуприян А.П. Управление процессом мониторинга н прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера// Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций». М.: Всероссийский центр мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций «Антистихия», 2002, 0,2 п.л.

43. Чуприян А.П. Организация взаимодействия органа управления в кризисных ситуациях и формированиями, привлекаемыми для ликвидации чрезвычайных ситуаций // Материалы региональной пауч! го-практической конференции «Защита транспортных систем от актов незаконного вмешательства и проведения спасательных работ п чрезвычайных ситуациях». СПб.: Академия гражданской авиации, 2003, 0,2 п л.

44. Чуприян Д.П. Многомодельный подход к решению проблемы построения АСУ и управления подразделениями МЧС России // Материалы Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций». М.: Всероссийский центр мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций «Антистихия», 2003 0,2 п.л.

45. Чуприян А.П. Роль ¡ еоинформашюнных технологий в управлении подразделениями МЧС в Северо-Западном регионе России // Новые технологии в деятельности органов и подразделений МЧС России. Материалы научно-практической конференции. Санкт-Петербург, 26 мая 2004 г, СПб.: С ГШ И ГПС МЧС России, 2004. 0,2 пл.

46. Чуприян А.П. Вопросы учета и оценки состояния противопожарной безопасности объектов Северо-Западного региона // Материалы [I Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы обеспечения вчры во безопасности и противодействия терроризму», Санкт-Петербург 16 мая 2007 г. СПб.: PAPAR СПбУ ГПС МЧС России, 2007. 0,2 п.л.

47. Чуприян А.П. Применение интегрированной автоматизированной системы управления подразделениями в практике деятельности МЧС России (i Материалы fí Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы обеспечения ВЗрывобезопасности и противодействия терроризму», Санкт-Петербург 16 мая 2007 г. СПб.: РАРАН, СПбУ ГПС МЧС России, 2007. 0,2 п.л.

Подписано в печать 04.09.2007 г. Формат 60*84 1/16

Печать офсетная. Объем 2,0 п.л. Тираж 150 экз.

Отпечатано в Исследовательском центре проблем качества подготовки специалистов Государственного технологического университета «Московский институт стали и сплавов» 105318, Москва, Измайловское т., 4