автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Моделирование нештатных ситуаций военно-технического характера в реальном времени

На правах рукописи

Мельников Дмитрий Александрович

МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕШТАТНЫХ СИТУАЦИЙ ВОЕННО-ТЕХНИЧЕСКОГО ХАРАКТЕРА В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ

Специальность 05 13 18-математическоемоделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

О 3 ДПР 2008

Ульяновск - 2008

Работа выполнена на кафедре телекоммуникационных технологий и сетей в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ульяновский государственный университет»

Научный руководитель

доктор технических наук, профессор

Смагин Алексей Аркадьевич

Официальные оппоненты

докюр технических наук, профессор

Кумунжиев Константин Васильевич

доктор технических наук, профессор

Крашенинников Виктор Ростиславович

Ведущая организация

Ульяновское высшее военно-техническое училище (военный институт)

Защита диссертации состоится «23» апреля 2008 года в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 212 278 02 при Ульяновском государственном университете по адресу Набережная реки Свияга, 106, кор 1, ауд. 703

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного университета, с авторефератом на сайте www uni ulsu ru

Автореферат разослан «21» марта 2008 года

Просьба прислать отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенном печатью организации по адресу 432000, г Ульяновск, ул. JI Толстого, д 42, УлГУ, Управление научных исследований

Ученый секретарь диссертационного совета

Волков M А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований. Для повышения эффективности действия войск используется автоматизация управления ими, которая подразумевает, в первую очередь, автоматизацию процессов выработки решений на применение сил и средств В настоящее время при автоматизации процесса интеллектуальной деятельности командира используется современный подход, основанный на применении экспертных систем Основным достоинством таких систем является возможность прогнозирования развития боевых действий на основе заблаговременного моделирования множества различных вариантов действий противника и накопления решений по каждому из них Достоинство такого подхода состоит в том, что он предусматривает значительное число вариангов развития боевых действий и на основе автоматизированного распознавания варианта действий противника обеспечивае г сокращение времени анализа и оценки обстановки1'2

В основе подхода лежит принцип ситуационного управления, т е на гипотезе о том, что существует конечное число вариантов развития боевых действий Чтобы принять решение, командиру необходимо соотнести текущую ситуацию с одним из вариантов, имевшим место ранее (или ранее отработанному в ходе тренировок и учений) и для которого уже имеется приемлемое решение Однако в свчзи со стремлением противника скрыть свой замысел и его конкретную реализацию, заранее невозможно учесть все многообразие вариантов развития событий Поэтому, по пученное решение, не учитывающее конкретную обстановку на текущий момент времени, нельзя считать лучшим Оно не предусматривает действий в условиях внезапно сложившихся нештатных ситуациях

В работе предлагается новый подход к принятию решений, основанный на интегральной оценке наиболее опасных факторов, воздействующих на живучесть объекта управления, компьютерном моделировании в реальном времени принимаемых решений с последующей выработкой рекомендаций для лица, принимающег о решения (ЛПР)

В ходе боевых действий происходит распознавание текущей ситуации и сопоставление ее с соответствующим районом, для которого уже имеются наилучшие варианты своих действий Если использовать априорную информацию, полученную на этапе планирования и хранящуюся в базе данных (т е накопленный боевой опыт), то в реальной боевой обстановке необходимо моделировать ограниченное число внезапно появившихся вариантов развития боевых действий, для которых отсутс 1 вуют необходимые оценки для выработки рекомендаций на приняше решений в этих условиях При этом моделирование множества альтернативных вариантов

'А В Шурмин О совершенствовании авюматизированных сис!см управления связью / Военная мысль, 2004, № 11, С 34 - 41

2 И А Грачев Специальное математическое и программное обеспечение авгома!Юированнои системы управления теоретический аспект / Военная мысль, 2004 №7, С 25-28

действий и выработка рекомендаций должны происходить в реальном времени Это обеспечивает сисгеме управления гибкость, позволяет своевременно парировать непредвиденные действия противника и достичь успеха в бою

Объектом исследования в работе является модуль пункта управления (ПУ), как технологическая составляющая перспективной системы связи военного назначения

Повышение живучести модульного ПУ в условиях динамически меняющейся обстановки, возникающей в ходе боевых действий, обусловленные отрицательными воздействиями противника и окружающей внешней среды, на основе использования новых информационных технологий, являв! ся предметом исследования

Цели и задачи исследования Целью диссертационной работы является исследование и разработка системы анализа и моделирования нештатных ситуаций для оперативного управления военно-техническими средствами

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи

- анализ нештатных ситуаций, выделение наиболее критичных (опасных),

- разработка алгоритма оценки нештатных ситуаций с возможным прогнозом,

- моделирование нешташых сигуаций и выработка рекомендаций по сохранению ресурсов военно-технических объектов связи

- разработка программного комплекса анализа ситуаций и поддержки принятия решений в условиях динамически меняющейся обстановки

Методы исследования.

Для решения поставленных задач и достижения намеченной цели использованы методы системного анализа, магематического моделирования, теории графов, теории вероятности, теории защиты информации, теории принятия решений При выборе методов и средств реализации программного комплекса приняты во внимание современные тенденции построения и развития сис1ем поддержки принятия решений

Научная новизна работы заключается в следующем

1 На основе проведенного анализа методов и средств решения задачи обеспечения живучести подвижных организационно-технических систем специального назначения и цели диссертационной работы была разработала структурно-логическая (концептуальная) модель системы поддержки принятия решений как основы системы анализа и предупреждения нештатных ситуаций

2 Разрабо1ана математическая модель уровней опасности, позволяющая вычисляв их значения и учитывать множес1Во динамически меняющихся факторов

3 Разработана геометрическая трехмерная модель нештатных ситуаций, совмещенная с геоинформационной системой (электронной картой местности), позволяющая ЛПР оперативно оценивать реальную обстановку и принимать решения на более качественном уровне без проведения компьютерного моделирования в режиме реального времени

4 Разработаны и программно реализованы алгоритмы моделирования нештатных ситуаций на основе анализа ситуаций окружающей обстановки в районе возможного размещения модулей ПУ в виде программного комплекса «Анализ ситуации и принятие решений в условиях неопределенности», что позволило проводить моделирование в реальном времени нештатных ситуаций и формирование на основе результатов моделирования вариантов альтернативных решений

Практическая значимость исследований. Полученные в работе результаты позволяют осуществить комплексный подход к решению вопросов по анализу информации о состоянии окружающей обстановки для повышения эффективности принятия решений в ходе оперативного управления с целью повышения живучести подвижных организационно-технических объектов специального назначения в условиях возникновения нештатных ситуаций

Результаты по разработке программного комплекса «Анализ ситуации и принятие решений в условиях неопределенности» позволяют определить комплексный подход к решению вопросов по подготовке необходимой информации для принятия эффективных решений в ходе оперативного управления с целью повышения живучести подвижных объектов системы связи в условиях динамически меняющейся обстановки, а также могут найти практическое применение при проектировании перспективных автоматизированных систем управления специального назначения

Внедрение результатов работы. Результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, используются в учебном процессе и научных исследованиях на кафедре «Автоматизированные системы управления войсками и связи» Ульяновского высшего военного инженерного училища связи (военного института) и для решения ряда вопросов, возникающих при исследовании автоматизированных систем поддержки принятия решений в соответствии с целевыми программами испытания технического оборудования и систем для Министерства обороны РФ на 29 ИП МО РФ

Положения, выносимые на защиту:

1 Структурно-логическая (концептуальная) модель системы поддержки принятия решений как основы системы анализа и предупреждения нештатных ситуаций,

2 Математическая модель уровней опасности, позволяющая вычислять их значения и учитывать множество динамически меняющихся факшров,

3 Геометрическая трехмерная модель нештатных ситуаций позволяющая ЛПР оперативно оценивать реальную обстановку и принимать решения на более качественном уровне,

4 Система компьютерного моделирования нештатных ситуаций и выработки вариантов принятия решений для Л11Р в условиях временных ограничений

Достоверность результатов проведенных исследований. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена обоснованным использованием аналитических и численных методов расчета, методов математическо) о моделирования и применением современных методик экспериментальных исследований, подтверждена результатами компьютерного моделирования

Личный вклад автора. Решение поставленных задач в диссертационной работе, анализ результатов и выводы из них получены автором самостоятельно

Апробация работы. Результаты диссертационной работы обсуждались на X военно-научной технической конференции «Актуальные вопросы совершенствования техники и систем военной связи на основе современных телекоммуникационных и информационных технологий» г Ульяновск, 2004г, на Межвузовской научно-практической конференции «Актуальные вопросы развития техники связи и автоматизации на базе современных технологий» г Ульяновск, 2004г

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и 2 приложений Общий объем диссертации составляет 148 страниц

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи в общем виде, определены научная новизна и практическая значимость, представлена краткая аннотация диссертации по главам и сформулированы основные положения, выносимые на защиту

В первой ишве проведены исследования по построению современных систем военной связи и перспектив их развития

Проанализированы методы и средства принятия решений в нештатных ситуациях, определены возможности их использования в условиях нештатных ситуаций сформулированы требования и определено множество функций, которые система поддержки принятия решений должна обеспечивать

Обоснован выбор критерия оценки принятия решений для управления подвижными объектами системы связи военного назначения в нештатных сшуациях В качестве критерия используется живучесть - как

свойство сохранять во времени в установленных пределах способность выполнять заданные функции в заранее не определенных условиях при целенаправленном воздействии со стороны противника.

Рассмотрены составляющие предметной области, модель субъекта управления, модель объекта управления, схема взаимодействия факторов внешней среды с объектом управления.

Сформулирован методологический аспект основ живучести военно-технических объектов, который всесторонне охватывает все подходы сохранения живучести военно-технических объектов и обеспечивает возможность выбора способа повышения живучести в зависимости от этапов проектирования или эксплуатации (рисунок 1).

перевод элементов системы из состояния «действующих» в «ложные»

Рисунок 1 - Направления достижения живучести систем.

Одним из способов, который отвечает цели исследований является маневр, позволяющий при минимальных внешних затратах и использовании собственных возможных ресурсов модуля ПУ сохранять уровень живучести в требуемом интервале значений.

Подробно рассмотрены и исследованы варианты действий по выполнению маневра, представлены показатели, позволяющие оценивать маневр как основной показатель живучести.

В конце первой главы формализуется постановка основной задачи исследований диссертационной работы путем интерпретации задачи управления, заданной в общем виде, через множество включающее: множество альтернатив решений, окружение выбора, систему предпочтений эксперта, алгоритм действий над множеством альтернатив.

Вторая глава посвящена разработке способов оценки нештатных ситуаций в условиях динамически меняющейся обстановки. На основе анализа особенностей принятия решений в процессе управления сложными

организационно-техническими системами специального назначения в условиях динамически меняющейся обстановки, характеризующиеся неполнотой (противоречивостью) информации о состоянии факторов окружающей внешней среды, ограниченного времени на анализ этой информации и принятие управляющего решения, были сформулированы требования, предъявляемые к разрабатываемой системе повышения эффективности принятия решений в рассматриваемых условиях

1 Возможность обрабатывать поступающую на вход информацию об окружающей обстановке, необходимую для принятия обоснованного решения,

2 Способность системы к выработке альтернативных (возможных) вариантов решений с количес1 венными и качественными показателями,

3 Возможность оценки эффективности выработанных вариантов решений,

4 Удобный интерфейс пользователя,

5 Возможность связи с источниками информации об окружающей обстановке по различным каналам,

6 Быстродействие системы поддержки принятия решений должно быть реализовано в режиме реального времени,

7 Совместимость системы поддержки принятия решений с доступным программным обеспечением

Ограничения в условиях функционирования объекта управления

1 Количество модулей (объектов управления) имеет фиксированное значение и зависит от масштаба воинского формирования (звена управления),

2 Расстояние между модулями - максимальное расстояние ограничивается размерами района ведения боевых действий воинским формированием, - минимальное расстояние определяется в ходе принятия решений и должно исключить поражение более одного модуля одним ударом противника,

3 Границы района возможного перемещения модуля ПУ определены на этапе планирования

В соо1ве1с1вии с .я им разрабоына структурно-логическая (концептуальная) модель системы поддержки принятия решений в условиях динамически меняющейся обс1ановки (рисунок 2)

В ходе анализа ситуации происходит преобразование исходных данных о состоянии факторов окружающей обстановки в вероятностные значения уровня опасности воздействия со стороны окружающей среды для каждой точки возможного размещения объекта управления С учеюм наличия координат позиций возможного размещения модулей ПУ и координат рассматриваемого района боевых действий формируется динамическое пространство уровней опасности (Д11УО), которое является трехмерной поверхностью с дополни 1ельным графиком равного уровня График гюлу-

чается путем проецирования на опорную плоскость (Х,У), на которой имеются координаты рассматриваемого района, позволяющий ЛПР визуально оценить складывающуюся обстановку в районе боевых действий.

Рисунок 2 - Структурно-логическая (копцсгггуальная) модель системы поддержки принятия решений должностного лица системы управления связи в условиях динамически меняющейся обстановки.

На основе данных, полученных от блока анализа ситуаций, будет осуществляться формирование возможных вариантов размещения объектов управления в безопасных местах и определение маневров, необходимых для их перемещения. Данная информация в виде таблицы маршрутов и предлагаемых координат размещения передается в блок моделирования решений, а также в блок геоинформационной системы.

В блоке моделирования предлагаемых решений и анализа возможной динамики развития обстановки происходит определение возможности перемещения в безопасную позицию и времени, необходимого для перемещения по соответствующему маршруту 1зятр1ук.

При наличии списка рекомендуемых вариантов размещения, визуального отображения обстановки, отображение точек размещения объектов управления и маршрутов перемещения па электронной карте местности рассматриваемого района позволит оптимизировать выработку решения должностному лицу органа управления.

Использование предлагаемой модели позволяет таким образом уменьшить влияние условий неопределенности нештатной ситуации, неполноту данных и снизить неточность сведений о состоянии окружающей обстановки. Последнее достигается за счет того, что вероятностный подход учитывает угрозы и риски поражения модулей 11У в виде инте1риро-ванной оценки результатов анализа информации из разведданных и про-

гносжческой информации, котрая получена на основе результатов моделирования в ходе проведения учений

В целом угрозы и риски для живучее!и модулей ПУ выражаются в снижении их ресурсов и в предельном случае приводят к полному их уничтожению Этот предельный случай считается наиболее опасным и, следовательно, он должен фиксировался и отображайся особым образом Для цифровой обработки этих ситуаций необходимо, чтобы ситуации отображались скалярными величинами и эти величины принадлежали некоторым заданным заранее интервалам значений Интервалы значений могут быть разбиты на подинтервалы и каждый может быть привязан к уровню опасности для модуля ПУ

В основу построения показателя - значения уровня опасности положен причинно-следственный принцип, причем причиной опасностей являются названные выше угрозы и риски, а следствием - снижение живучести, выражаемое через оценку, связывающую исходные отрицательно влияющие факторы

Система принятия решений работает с данными, динамически меняющимися во времени, и которые часто носят случайный характер Эти данные характеризуют складывающуюся ситуацию и в силу отмеченных обстоятельств являются вероятностными оценками Поэтому предложено использовать вероягносшый подход, предполагающий распределение известных значений верояшос1ей в заданном поле событий или наличие возможностей для их получения

При формировании вероягнос!ных оценок уровней опасности ситуаций необходимо учшывать в первую очередь 1е виды угроз, которые могут создавать наиболее сложные нештатные ситуации для модулей ПУ

В работе рассмафивается фи собьпия - вскрытие или обнаружение противником, нанесение удара и попадание Введем обозначение событий 9 - поражение модуля ПУ, N - вскрытие (обнаружение) модуля ПУ, Q -нанесение удара, ¡V - попадание в объект управления Тогда вероятность зообытия в можно записать в следующем виде

р(в) = р (Ы)-Р(д\щ-РО¥\а), (о

где Р (И) — вероятность вскрытия,

Р(0\Щ — условная вероятность нанесения удара противником по модулю ПУ при условии ею вскрьиия,

Р(ТУ\0!) - условная вероятность попадания средствами воздействия противника по модулю ПУ при условии нанесения удара Формула (1) описывает все основные события, негативно влияющие на состояние модуля ПУ и таким образом отражав 1 основные факторы нештатных ситуаций

Рассмотрим ситуации, соо1ве!С1вующие состояниям предложенной модели, тс событиям, коюрым можно поставить в соошествие некото-

рые значения вероятностей Р(Ы), Р(0\Ы), Р(Щ (?) Для этого упростим формулу (1) и будем рассматривать каждое из трех событий - вскрытие модуля ПУ, нанесение удара, попадание в объект управления, как одно-предметные события с двумя исходами «да» и «пет» с соответствующими вероятностями «1» и «О»

Составим из трех указанных выше событий вектор вида

X = < Xj.X2.X3> (2)

где X, = {0,1}, а убудет обозначать 1-ое событие и при г = 1 - соответствует событию вскрытия (обнаружения) модуля ПУ, г = 2- соответствует собы шю нанесения удара, 1 = 3 - соответствует событию попадания в объект управления

Всего ситуаций восемь, половину из них вида <0}Х2Ху> можно выбросить, так как 0 на первой позиции означав I, что событие вскрытия модуля ПУ произойти не может, следовательно, анализировать в дальнейшем не имеет смысла Наибольший ишерес представляют оставшиеся события вида <1 ]Х2Х3>, которые близки к реальным ситуациям Действительно событие вскрытия (обнаружения) модуля ПУ, соответствующее единице на первой позиции (1 /), приводит к необходимости подробного рассмотрения двух следующих ситуаций

1 Из вектора <1}Х2Х3> следует две ситуации вида <//020?> и <1 ¡0213>, которые имеют общие особенности модуль ПУ вскрыт, но удар не может быть нанесен по разным обстоятельствам Следовательно, для модуля ПУ эти две ситуации безопасны

2 Из вектора <1 ¡Х2Х3> следует еще две других возможных сшуации вида <1,1213> и <],120з> характеризующие, что модуль ПУ «вскрыт», удар нанесен (или будет нанесен в ближайшее время), но попадание может быть точным (13) и не точным (03), т е имеет место неопределенность

Рассмотренная модель нештатных ситуаций за счет упрощения формулы (1), позволяет формально выделить из множества ситуаций критические и сосредоточить внимание ЛПР на них Выделенные ситуации (X) - 1, Х2~ 1) можно назвать критическими и дальнейшее устранение (или сведение к минимуму) неопределенности происходит за счет получения достоверных входных данных в необходимом количестве

Как указывалось выше, перебор возможных ситуаций происходит при условии принятия вероятностей двух предельных значений «0» и «1» В действительности вероятности могут принимать разные значения из интервала {0,1} и носят динамический характер Отсюда число возможных вариантов п ситуаций стремиться к бесконечности (п —оо) и выбор из этого множес1ва наиболее опасных может быть осуществлен при условии построения ограничений на основе реального опыта Другими словами, многие значения вероятностей, которые могут быть использованы при оценке (1) могут быть опущены, 1 к в действихельности события ооответствую-

щие им просто не осуществимы Тем не менее, наиболее важным фактором при анализе ситуаций является вскрытие (обнаружение) модуля ПУ и здесь вероятности могу1 уточняться разными способами, но в ограниченное время

Величина ущерба, наносимого поражаемому модулю ПУ, зависит от большого числа факторов, имеющих как детерминированный, так и стохастический характер, в целом является случайной величиной Таким образом, формально вероятность нанесения удара Р(0) ПО /-му элементу может быть представлена в виде выражения

р, (О) -1 - П Р - К Р, (V) р„ (Я)], (3)

> I

где КНУ - коэффициент, определяющий возможность нанесения удара

средством у-го типа по /-му элементу, Р ¡(V) - вероятность того, что противником своевременно, те за то время, в течение которого /-тый модуль ПУ функционирует в разведанном районе, будет нанесен по нему удар,

Р^Ф) - вероятность доставки средств пораженияу-го типа к /-му модулю

Параметр Кпу, учитывает условия, ограничивающие возможность

применения средства /-то типа для поражения /-того модуля ПУ и определяются по соотношению

1, если Д шш < Д^< Д тах,

7 ' (4)

О, если Д! < Д^ тт или Дтах < Д^

где Д^- расстояние до объекта поражения от средства поражения,

Д тш, тах- соответс1венно, минимальная и максимальная дальности

поражения /-тым средством

В соответствии с исследованиями, основанными на опыте локальных войн, мы имеем возможность оценить вероятность своевременного нанесения противником удара по объекту поражения в зависимости от времени подготовки комплексов оружия к применению и от времени нахождения объекта в районе предназначения С учетом этих исследований вероятность своевременного нанесения удара по модулю ПУ определяется соотношением

1 к

р/п =

9 т1

1 + .9 т

(5)

, & = — - параметры у (гамма) - распределения, аппроксими-

т,

рующего время на подготовку удара, т1 - математическое ожидание времени, необходимого на под1 о 1 овку и нанесение удара, Д - дисперсия времени, необходимого на подготовку и нанесение удара, т - математическое ожидание времени функционирования модуля Г1У в одном районе

Время, необходимое на подготовку к нанесению удара, включает время, затраченное на обнаружение объекта, обработку информации, принятие и доведение решения, непосредственную подготовку комплексов, а математическое ожидание времени т,, необходимого на подготовку и нанесение удара, определяется как

т^т^+т^+т^, (6)

где и?( - математическое ожидание времени на разведку модуля ПУ,

- математическое ожидание времени на обработку информации,

у

приняше и доведение решения,

т( - математическое ожидание времени на подготовку и нанесение удара

Поражение модуля ПУ может быть предотвращено на этапе подлета носителей к объекту поражения за счет воздействия среде I в противовоздушной обороны (ПВО), характеризующиеся вероятностью поражения средствами ПВО (Р""°) По прогнозам специалистов на рубеже 2015 года эта величина будет составлять Р""0 < 0 25 - 0 3; чю будет соответствовать уничтожению до 30% носителей Учитывая высокую техническую надежность средств доставки, вероятность доставки боеприпасов к цели будет

определяться возможностями средств ПВО, те (Р}, (Ц) = 1 - Р""")

Поскольку обнаружение модуля ПУ различными видами разведки события независимые, вероятность наступления события «модуль ПУ вскрыт» будем определять как

I

^ (Л0 = 1-П(1-^)5 (7)

I

где р - вероятность обнаружения ;-тым видом разведки

При проведении расчетов вероятностей обнаружения модулей разведкой противника с целью их упрощения сделано ряд допущений, не оказывающих существенного влияния на результат

где к =

- считается, что все демаскирующие признаки, присущие объектам системы управления, проявились в полном объеме,

- при установлении энергетического контакта с источником радиоизлучения происходит и его опознавание,

- противник располагает эталонными характеристиками модулей ПУ Вероятность попадания средством воздействия в модуль ПУ Р(Ж)

зависит от знания противником точных координат места нахождения объекта поражения Наименьшую зависимость от Р(1Ч) будет иметь мес го при использования противником оружия массового поражения, в частности оружия с ядерными зарядами Но в настоящее время при развитии тенденции локальных войн использование таких видов оружия маловероятно Следующим фактором, влияющим на значение вероятносш Р(1¥), является время нахождения модуля ПУ в районе функционирования, начиная с момента определения координат местоположения модуля ПУ разведкой противника Вероятность этого события определяется на основе потери ресурса модулем ПУ в зависимости от степени причинении ущерба средством воздействия противника на модуль ПУ Другими словами, чем большее время объект управления находится в районе функционирования в неподвижном состоянии с момента вскрытия разведкой противника, тем больший ущерб будет нанесен модулю ПУ, который в таком случае будет определяться мощностью средств воздействия противника Таким образом,

при максимальных значениях т, вероятное 1Ь события Р(Щ —* 1 Методи-

ф

ка определения вероятности события Р(1¥) рассматривав 1ся в специальных источниках и в рамках диссертационной работы воспользуемся усредненными значениями, которые нам необходимы для функционирования программной реализации математической модели оценки возможного воздействия противника на модуль ПУ

На основании проведенного выше анализа и учета влияния случайных событий, наличия неопределенное!ей, вызванных неполнотой и несвоевременностью информации, необходимой для оценки ситуации, включающей выбранное множество наиболее значимых факторов, влияющих на качество принятия ЛПР решений, предлагается вычислять интегральное значение вероятное! и поражения модуля 11У внутри зоны

В соответствии с рассмотренным, выражение (1) может быть представлено в виде

= [1 Р^У) Р}т 1) (1-ПС-/0) Р(УГ\Я), (8)

.'=1 I

1де - вектор, фиксирующий уровень потенциала опасности в

конкретной точке трехмерного пространства (Р,Х,У) над выбранной зоной, причем координаты (Х,У) привязываются к центру зоны

С учетом выражения (5), выражение (8) может быть представлено в следующем виде:

р,(в) = ( 1-Г1 ¡1 - -

У-1

Представление (9) является моделью анализируемой ситуации и отображает события, носящие в общем случае случайный характер. Время, в течение которого значение вектора (в) будет достоверным, зависит от

скорости изменения входных данных. Из значений РЛв) формируется матрица значений уровней опасности для соответствующих координат районов размещения модулей Г1У (рисунок 3).

Координаты X Координата У X, х2 X, Х5 XI

V, Р(1,1) Р(2.п Р(3,1) Р(4,П Р(5.п . . . Р<ш

V, Р(1.2) .Р Р(4.1) Р(5.1) . . .

... . . .

Ъ Р(м)

Рисунок 3 Матрица значений уровней опасности.

На основании данных (рисунок 3) формируется ДПУО в виде трехмерной поверхности с дополнительным графиком равного уровня, получаемого путем проецирования на опорную плоскость графика, где (Х,У) являются координатами района боевых действий. График ДПУО представлен на рисунке 4.

>9 ■ т,

_'Ф_

1 Л-З-т,

РЛО^-^-Ш-Р^-Р^)

■(9)

■Ф

Во второй главе разработан алгоритм формирования маршрутов, мо-„1 дель интервала выживания

1 'Х--* -< > (рисунок 5), позволяющая

ч<<<.,. ч. определить зависимость

времени принятия решения ЛПР (Тпр) и времени со-

Рисупок 4-График ДПУО. вершения маневра (Ти) от

времени на подготовку (Т„у) и непосредственно нанесение удара (Ткр) по обнаруженным объектам управления, а также временные схемы корректировки маршрутов передвижения, позволяющие обосновать временную схему комбинированного маршрута передвижения модуля ПУ.

Т„у - интервал времени для подготовки и нанесения _удара противником _

т т т—^

Рисунок 5 Модель интервала выживания модуля ПУ.

На основе первой временной схемы корректировки маршрутов проведено обоснование необходимости изменения маршрута движения в один заданный район вследствии опасност и продвижения по ранее выбранному маршруту. В соответствии со второй временной схемой корректировки маршрутов анализируются изменения уровня опасности в районах предполагаемого размещения модуля ПУ. В результате интефации двух способов корректировки маршрутов разработана временная схема комбинированного маршрута передвижения модуля ПУ (рисунок 6).

д т.

ьТ,

■ А-

2 ГПйС

и.

I

X - (Х?; У2) I

-4<х3;уз>

I

т...

:' ' : ; \ V- - временные интервалы опасного передвижения по соответствующему маршруту продвижения;

» (X , V ) _ потенциально опасные координаты районы размещения модуля ПУ - временные интервалы комбинированного (безопасного) маршрута передвижения.

Рисунок 6 - Временная схема комбинированного маршрута.

Временная схема комбинированного маршрута передвижения модуля ПУ позволяет на основе оперативного анализа динамически меняющейся обстановки формировать безопасный маршрут передвижения мод>ля ПУ в менее опасный район размещения в реальном времени.

Третья глава посвящена разработке алгоритмического программного обеспечения системы анализа и принятия решений в условиях неопределенности. На основе рассмотренного подхода к анализу ситуаций складывающейся обстановки предложена система повышения живучести объекта управления, в которой связаны между собой противодействующие стороны: лицо, принимающее решение с комплексом контрмер и противник с комплексом дестабилизирующих факторов.

Система повышения живучести объекта управления позволяет отслеживать воздействия отрицательных факторов, а также определить степень их влияния на состояние живучести объекта управления

Противник является основным источником дес1абилизирующих факторов Дестабилизирующие факторы проявляются в виде угроз, увеличения уязвимостей и повышения риска снижения живучести объекта управления Совокупность дестабилизирующих факторов способны создать угрозы, которые могут представлять собой - полное уничтожение объекта управления, - частичное повреждение или временный вывод объекта управления из строя, - полную или частичную дезорганизацию системы связи, - нанесение вреда здоровья персонала объекта управления вплоть до гибели В свою очередь угрозы воздействуют на уязвимости, предрасполагающие к обнаружению места нахождения объекта управления, доступ в систему связи с целью получения разведданных и ввода ложной информации, идентификацию радиоизлучающих средств объекта управления Отмеченные уязвимости приводят к увеличению риска вывода из строя объекта управления, полного или частично1 о нарушения работы системы связи Таким образом, рассмотренные риски в совокупности с возникающими угрозами отрицательно воздействуют на живучесть объекта управления - способность объекта управления выполнять свои функции на заданном уровне в рассматриваемых условиях

Основные способы повышения живучести, в данном случае являются контрмерами, которые стремя1ся снизить риски На ряду со стремлением контрмер снизить риски, часть из них, маскировка, активная защита и изменение «статуса», обладают определенными уязвимостями Современные средства обнаружения позволяют с большой долей достоверности определять место нахождения различных объектов не только по внешним признакам, по и режимам работы радиоизлучающих средс1В Используемые активные средства защиш не всегда по своим техническим характеристикам могут противостоять средствам воздействия и, в основном, применяется на стационарных объектах Изменение «статуса» объекта управления, как правило, используется в крайних случаях и направлено на сохранение жизни экипажа и частичной сохранности технических средств объекта управления с исключением из процесса управления В связи с эти в диссертационной работе в качестве основной контрмеры рассматриваться маневр для обеспечения живучести подвижного объекта управления Л11Р выбирает наиболее оптимальный вариант действий из множества рекомендаций, формируемых в процессе моделирования нештатных сшуа-ций, с целью повышения живучее! и объекта управления

Разработаны алюритм формирования входных данных (рисунок 7) и алгоритм формирования ДПУО, представленного на рисунке 8

Рисунок 7 - Блок-схема алгоритма формирования входных данных.

Особенностью алгоритма формирования входных данных является то, что определены зависимости определяемых данных (блок 7) от тех параметров, которые оказывают наибольшее влияние при формировании ДПУО. Для ЛПР наиболее удобной формой восприятия и визуальной оценки состояния окружающей обстановки является представление уровней опасностей для модуля ГТУ в виде трехмерной поверхности (ДПУО). Такого вида «обзор» позволяет проводить предварительную оценку ситуации и делать выбор варианта принятия решения «на лету», в условиях ограниченного времени на выполнение полного комплекса действий по выработке вариантов решений, при условии явной опасности или близких по состоянию окружающей обстановки ситуаций. Другим преимуществом данного представления результатов анализа складывающейся окружающей обстановки является возможность для ЛПР отслеживать возрастающий уровень опасности не только в районе размещения модуля, но и во всех

Построение2-0 графика ДПУО

Построение 3-0 графика ДПУО

С Начало ^

исходных данных /

Рисунок 8 - Блок-схема формирования ДПУО.

Формирование матрицы значений уровней опасности

вариантов решений по совершению маневра

возможных местах размещения модуля ПУ, определяемые границами (координатами) всего района ведения боевых действий

В результате реализации алгоритма формирования ДПУО получаем следующие результаты

- визуализация уровней опасности (угрозы) размещения модулей ПУ в районе боевых действий на основе анализа складывающейся обстановки,

- вероятности поражения модулей ПУ для возможных районов размещения, необходимые для выработки системой вариантов решений с требуемой степенью достоверное! и

На достоверность формируемого ДПУО влияет время обновления информации от источников входных данных

В ходе программной реализации моделирования предлагаемых вариантов решений по перемещению модулей ПУ в безопасный район размещения проведен анализ ряда алгоритмов на графах, осуществляющих поиск кратчайшего пути Анализ методов решения данной задачи выявил проблему, состоящую в том, что большинство методов имеет очень плохое быстродействие для достаточно больших или сложных графов

С целью получения рекомендаций для выбора алгоритма поиска кратчайшего пути реализованы алгоритмы Дейкстры, А-звездочка и Вол-повой алгоритм

Разработан алгоритм анализа электронной кар1ы местности района возможного размещения модулей 11У, позволяющий получить оценку состояния внешней окружающей природной среды в виде данных, необходимых для работы подсистемы моделирования вариантов решений по совершению маневра модулями ПУ в безопасный район размещения

Разработанные алгоритмы позволяют создать программную систему моделирования нештатных ситуаций и выработки вариантов альтернативных решений по перемещению модулей ПУ в безопасный район размещения

Четверти глава диссертации посвящена статистическим испытаниям, оценке эффективности программного комплекса и рекомендациям по его использованию Программный комплекс был реализован на основе структурной схемы системы анализа ситуации и принятия решений в условиях неопределенности, представленной па рисунке 9

Программная реализация системы позволила практически реализовать центральные задачи диссертационной работы

- анализ нештатных ситуаций, выделение наиболее критичных (опасных),

- разработка алгоритма оценки нештатных ситуаций с возможным прогнозом,

- моделирование нештатных ситуаций и выработка рекомендаций по сохранению ресурсов подвижных военно-тсхнических объектов связи

База данных

Блок анализа

ситуаций --

Блок формирования ДПУО

Блок моделирован

Блок выроботки маршрутов (вариантов решений)

Блок формирования входных данных

Н

41

I

Факторы внешней среды

интерфейс пользователя

ЛПР

Рисунок 9 - Структурная схема системы анализа ситуаций и принятия решений в условиях неопределенности.

На основе тестов проведена всесторонняя оценка программного комплекса по быстродействию работы, затратам ресурсов, требованиям и условиям реализации. В работе исследованы вопросы оценки эффективности разработанного программного комплекса. Учитывая основные требования к функционированию разработанной системы целесообразно использовать для оценки эффективности критерии оперативности, адекватности и устойчивости. Приведены обоснование выбора критериев и способов определения значений этих критериев.

Описан интерфейс программного комплекса, определены требования по вводу исходных данных, раскрыты основные возможности по оценке складывающейся обстановки на основе формирования 2-х и 3-х мерных графиков ДПУО, порядок наложения электронной карты местности и формирование вариантов решений - маршрутов передвижения модуля ПУ.

В системе также был реализован модуль, отвечающий за вывод статистической информации для ЛПР. В модуле происходит отображение всех выполняемых системой действий, с подробными комментариями (рисунке 10).

■■Идет анализ карты местности ;-Анализ завершен ¡■■Идет работа Волнового алгоритма .--Работа алгоритма завершена '-■Время работы Алгори-ма 4,577 сек !-Выбор точек размещения модуля !--Выбор завершен ;-Отображение пуей перемещения

!.......Путь №1: Время -затраченное на перемещение

! модуля согласно данному пути равно 57 мин. ¿(Траектория данного пути пролегает через мост]

.......Путь Ы-2: Время затраченное на перемещение

■модуля согласно данному пути равно 61 мин !......-Путь №3: Время затраченное на перемещение

Рисунок 10 - Модуль вывода информации.

В информационном окне выводится также подробная информация о каждом из построенных путей время, которое затратит модуль на преодоление пути, время работы алгоритмов поиска кратчайшего пути, выполняемая текущая операция, последовательность работы системы

Разработанный программный комплекс имеет хорошие перспективы для применения не только в военной области, но и для решения задач в различных струю урах специального назначения, такие как МВД, МЧС и др После небольших изменении и модернизации основных блоков систему можно применять, например, для задач размещения жилых объектов в потенциально опасных, с точки зрения географии и погодных условий, районах, для построения дорожных магистралей, прокладки фубопрово-дов и других подобных задач Достоинство системы, заключается в ее модульном построении, при котором, каждая отдельная подзадача реализуется отдельным модулем Эю не только повышает гибкость, но и позволит со временем нарастить возможности всей системы

В заключении приведены основные выводы по диссершции, сформулированы полученные научные и практические результаты, состоящие в следующем

1 Для решения задач управления подвижными организационно-техническими системами специального назначения в условиях динамически меняющейся обстановки и особенно в условиях нештатных ситуаций, необходимо разрабатывать специальные системы поддержки приняшя решений на основе интегрированной оценки воздействия внешних и внутренних дестабилизирующих факторов

2 Одним из эффективных приемов оценки опасностей для объекюв управления в нештатных ситуациях является предложенная в диссертации вероятностная модель, отображающая наиболее существенные внешние дестабилизирующие факторы с точки зрения уязвимости организационно-технических систем специального назначения

3 Для оценки нештатных ситуаций в условиях 01раниченного времени на принятие решений, разработана геометрическая фехмерпая модель нештатных ситуаций, совмещенная с геоинформационпой системой (электронной картой местности), позволяющая ЛПР оперативно оценивать реальную обстановку и принимать решения на более качественном уровне без проведения компьютерного моделирования в режиме реального времени

4 В качестве критерия сохранения ресурса подвижных организаци-онно-тсхнических систем специального назначения в нештатных ситуациях использована живучесть - как свойство сохранять во времени в установленных пределах способность выполнять заданные функции, и на основании проведенно! о анализа способов обеспечения живучести в качестве основного показателя было предложено использовать маневр подвижными объектами управления

5 Разработаны алгоритм формирования маршрутов передвижения и комплекс временных схем корректировки маршрутов передвижения в безопасный район размещения модуля Г1У в условиях динамически меняющейся обстановки

6 Разработаны и программно реализованы алгоритмы моделирования нештатных ситуаций на основе анализа данных о состоянии окружающей обстановки в районе возможного размещения модулей ПУ в виде программного комплекса «Анализ ситуации и принятие решений в условиях неопределенности», разработанного в среде Borland Delphi на языке Delphi (Delphi language), что позволило проводить моделирование нештатных ситуаций и формирование на основе результатов моделирования вариантов альтернативных решений

7 Разработан удобный интерфейс, позволяющий ЛПР значительно повысить эффективность своей работы по принятию решений в условиях ограниченного времени и динамически меняющейся обстановки

8 Проведено моделирование реальных ситуаций, в том числе нештатных, оценена эффективность вырабатываемых системой маршрутов, наглядность геометрической модели отображения нештатных ситуаций на основе динамического пространства уровней опасности, корректность работы и быстродействие используемых алгоритмов поиска кратчайшего пути

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ В журналах из списка ВАК

1 Смагин А А , Мельников Д А Об одном подходе к построению автоматизированных систем представления и обработки информации для систем управления военного назначения - Известия Самарского научного центра Российской академии наук Специальный выпуск «Технологии, процессы и системы в ходе их эволюционного развития» / под ред В П Шорина - Самара, Самарский научный центр Российской академии наук 2007 — с 159-163 В журналах не из списка ВАК

1 Мельников Д А Основные направления применения искусственных нейронных сетей в телекоммуникационных технологиях - Труды IX военно-научной технической конференции «Актуальные вопросы совершенствования техники и систем военной связи на основе современных телекоммуникационных и информационных технологий» - Ульяновск 29 ИП МО РФ, 2004, - с 81-82

2 Мельников Д А Анализ проблемы обеспечения живучести сетей связи - Труды X военно-научной технической конференции «Актуальные вопросы совершенствования техники и систем военной связи на основе современных телекоммуникационных и информационных технологий» -Ульяновск 29 ИП МО РФ, 2004 - с '28-130

3 Мельников Д А Использс игчие имитационного моделирования в

оценке живучести систем управления военного назначения - Сборник материалов Межвузовской научно-практической конференции «Актуальные вопросы развития техники связи и автоматизации на базе современных технологий Проблемы подготовки специалистов связи», - Ульяновск УВ-ВИУС (военный институт), 2004 - с 10-13

4 Галеев А Ф., Мельников Д А Перспективы развития информационных технологий управленческой деятельности на основе нейрокомпьютеров - Сборник материалов XXX Межвузовской военно-научной конференции курсантов «История развития военной техники связи в послевоенный период», - Ульяновск УВВИУС (военный институт), 2004 - с 44- 47

5 Мельников ДА Аиализ показателей живучести системы связи военного назначения. - Сборник рефератов депонированных рукописей, серия Б, выпуск № 70, М ЦВНИ МО РФ, 2005

6. Мельников Д.А. Интеллектуальная система поддержки принятия решений реального времени как система распределенного интеллекта семиотического типа - Труды XI военно-научной технической конференции, посвященной 110 годовщине изобретения радио АС Поповым - Ульяновск- 29 ИП МО РФ, 2005. - с. 87 - 89

7 Гладких А А, Зелимов Р Р , Мельников Д А Использование математических методов при моделировании обманных систем в условиях конфликта - Сборник научных трудов Ульяновского высшего военного инженерного училища связи (военного института) Материалы межвузовской научно-практической конференции «Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем», - Ульяновск УВВИУС (военный институт), 2004 - с 13-16

8 Мельников Д А, Зелимов Р Р Применение геоинформационных технологий в автоматизированных системах управления войсками и связью. - Сборник научных трудов Ульяновского высшего военного инженерного училища связи (военного института) Материалы межвузовской научно-практической конференции «Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем», - Ульяновск УВВИУС (военный институт),2004 -с 20-23

9 Зелимов Р Р, Мельников Д А , Рагузин С В Концепция информационного противоборства в современных войнах - Сборник научных трудов Ульяновского высшего военного инженерного училища связи (военного института) Материалы "межвузовской научно-практической конференции «Современные проблемы создания и эксплуатации радиотехнических систем», - Ульяновск- УВВИУС (военный институт), 2004 - с 30 - 33.

10 Смагин А.А, Мельников Д А Модель системы поддержки принятия решений в условиях динамически меняющейся обстановки - Ученые записки Ульяновского государственного университета Серия Информационные технологии Вып 2 / под ред. проф А А Смагина, доц Ю С Нагорнова - Ульяновск, УлГУ, 2005. - с 99-102

Подписано в печать 17 03 08 Формат 60x84/16 Уел печ л 1,0 Тираж 100 экз Заказ №12/

Отпечатано с оригинал-макета в Издательском центре Ульяновского государственного университета 432970, г Ульяновск, ул Л Толстого, 42

Обозначения и сокращения.

Введение.

1 Обзор и анализ способов управления военно-техническими системами в нештатных ситуациях.

1.1 Организация современных систем связи военного назначения.

1.2 Методы и средства принятия решений в нештатных ситуациях.

1.2.1 Анализ современных подходов к построению систем поддержки принятия решений.

1.3 Живучесть объекта управления как критерий принятия решений в нештатных ситуациях.

1.3.1 Методологический аспект теоретических основ живучести систем.

1.3.2 Способы обеспечения живучести систем.

1.4 Анализ способов оценки живучести объектов управления.

1.4.1 Маневр как основной показатель живучести.

1.5 Постановка задачи исследования диссертационной работы.

1.5.1 Формализация постановки задачи.

Выводы.

2 Разработка подхода к оценке нештатных ситуаций системы управления связи в условиях динамически меняющейся обстановки.

2.1 Особенности принятия решений в процессе управления сложными организационно-техническими системами специального назначения в условиях динамически меняющейся обстановки.

2.1.1 Требования и ограничения, предъявляемые к системе, повышающей эффективность принятия решений, в условиях динамически меняющейся обстановки.

2.1.2 Структурно-логическая (концептуальная) модель системы поддержки принятия решений.

2.2 Организация входных данных о состоянии окружающей среды.

2.3 Модель формирования динамического пространства уровней опасности района боевых действий.

2.3.1 Описание модели нештатных ситуаций.

2.3.2 Математическая модель уровней опасности возможного воздействия противника на модуль пункта управления.

2.3.3 Геометрическая модель отображения нештатных ситуаций на основе динамического пространства уровней опасности.

2.4 Модель местности района боевых действий на основе геоинформационных систем.

2.5 Формирование маршрутов передвижения между районами возможного размещения модулей пункта управления.

2.5.1 Временные схемы формирования маршрутов передвижения.

Выводы.

3 Разработка алгоритмов и программного комплекса системы анализа и принятия решений в условиях неопределенности.

3.1 Алгоритмы моделирования нештатных ситуаций на основе анализа состояния окружающей обстановки.

3.1.1 Алгоритм формирования входных данных.

3.1.2 Алгоритм формирования динамического пространства уровней опасности.

3.1.3 Разработка алгоритма анализа электронной карты местности района возможного размещения модулей пункта управления.

3.1.4. Алгоритмы поиска кратчайшего пути.

Выводы.

4 Статистические испытания, оценка эффективности и рекомендации по использованию программного комплекса.

4.1. Оценка программного комплекса по быстродействию работы, затратам ресурсов, требованиям и условиям реализации.

4.2. Описание интерфейса программного комплекса.

4.3 Оценка эффективности программного комплекса.

4.4 Рекомендации по использованию программного комплекса системы анализа и принятия решений в условиях неопределенности.

Выводы.

Актуальность темы исследований. Для повышения эффективности действия войск используется автоматизация управления ими, которая подразумевает, в первую очередь, автоматизацию процессов выработки решений на применение сил и средств. В настоящее время при автоматизации процесса интеллектуальной деятельности командира используется современный подход, основанный на применении экспертных систем. Основным достоинством таких систем является возможность прогнозирования развития боевых действий на основе заблаговременного моделирования множества различных вариантов действий противника и накопления решений по каждому из них. Достоинство такого подхода состоит в том, что он предусматривает значительное число вариантов развития боевых действий и на основе автоматизированного распознавания варианта действий противника обеспечивает сокращение времени анализа и оценки обстановки [70, 18].

В основе подхода лежит принцип ситуационного управления, т.е. на гипотезе о том, что существует конечное число вариантов развития боевых действий. Чтобы принять решение, командиру необходимо соотнести текущую ситуацию с одним из вариантов, имевшим место ранее (или ранее отработанному в ходе тренировок и учений) и для которого уже имеется приемлемое решение. Однако в связи со стремлением противника скрыть свой замысел и его конкретную реализацию, заранее невозможно учесть все многообразие вариантов развития событий. Поэтому, полученное решение, не учитывающее конкретную обстановку на текущий момент времени, нельзя считать лучшим. Оно не предусматривает действий в условиях внезапно сложившихся нештатных ситуациях.

В работе предлагается новый подход к принятию решений, основанный на интегральной оценке наиболее опасных факторов, воздействующих на живучесть объекта управления, компьютерном моделировании в реальном времени принимаемых решений с последующей выработкой рекомендаций для лица, принимающего решения (ЛПР).

В ходе боевых действий происходит распознавание текущей ситуации и сопоставление ее с соответствующим районом, для которого уже имеются наилучшие варианты своих действий. Если использовать априорную информацию, полученную на этапе планирования и хранящуюся в базе данных (т.е. накопленный боевой опыт), то в реальной боевой обстановке необходимо моделировать ограниченное число внезапно появившихся вариантов развития боевых действий, для которых отсутствуют необходимые оценки для выработки рекомендаций на принятие решений в этих условиях. При этом моделирование множества альтернативных вариантов действий и выработка рекомендаций должны происходить в реальном времени. Это обеспечивает системе управления гибкость, позволяет своевременно парировать непредвиденные действия противника и достичь успеха в бою.

Объектом исследования в работе является модуль пункта управления (ПУ), как технологическая составляющая перспективной системы связи военного назначения.

Повышение живучести модульного ПУ в условиях динамически меняющейся обстановки, возникающей в ходе боевых действий, обусловленные отрицательными воздействиями противника и окружающей внешней среды, на основе использования новых информационных технологий, является предметом исследования.

Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является исследование и разработка системы анализа и моделирования нештатных ситуаций для оперативного управления военно-техническими средствами.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

- анализ нештатных ситуаций, выделение наиболее критичных (опасных);

- разработка алгоритма оценки нештатных ситуаций с возможным прогнозом;

- моделирование нештатных ситуаций и выработка рекомендаций по сохранению ресурсов военно-технических объектов связи

- разработка программного комплекса анализа ситуаций и поддержки принятия решений в условиях динамически меняющейся обстановки.

Методы исследования.

Для решения поставленных задач и достижения намеченной цели использованы методы системного анализа, математического моделирования, теории графов, теории вероятности, теории защиты информации, теории принятия решений. При выборе методов и средств реализации программного комплекса приняты во внимание современные тенденции построения и развития систем поддержки принятия решений.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. На основе проведенного анализа методов и средств решения задачи обеспечения живучести подвижных организационно-технических систем специального назначения и цели диссертационной работы была разработана структурно-логическая (концептуальная) модель системы поддержки принятия решений как основы системы анализа и предупреждения нештатных ситуаций.

2. Разработана математическая модель уровней опасности, позволяющая вычислять их значения и учитывать множество динамически меняющихся факторов.

3. Разработана геометрическая трехмерная модель нештатных ситуаций, совмещенная с геоинформационной системой (электронной картой местности), позволяющая ЛПР оперативно оценивать реальную обстановку и принимать решения на более качественном уровне без проведения компьютерного моделирования в режиме реального времени.

4. Разработаны и программно реализованы алгоритмы моделирования нештатных ситуаций на основе анализа ситуаций окружающей обстановки в районе возможного размещения модулей ПУ в виде программного комплекса «Анализ ситуации и принятие решений в условиях неопределенности», что позволило проводить моделирование в реальном времени нештатных ситуаций и формирование на основе результатов моделирования вариантов альтернативных решений.

Практическая значимость исследований. Полученные в работе результаты позволяют осуществить комплексный подход к решению вопросов по анализу информации о состоянии окружающей обстановки для повышения эффективности принятия решений в ходе оперативного управления с целью повышения живучести подвижных организационно-технических объектов специального назначения в условиях возникновения нештатных ситуаций.

Результаты по разработке программного комплекса «Анализ ситуации и принятие решений в условиях неопределенности» позволяют определить комплексный подход к решению вопросов по подготовке необходимой информации для принятия эффективных решений в ходе оперативного управления с цеf лью повышения живучести подвижных объектов системы связи в условиях динамически меняющейся обстановки, а также могут найти практическое применение при проектировании перспективных автоматизированных систем управления специального назначения.

Внедрение результатов работы. Результаты, полученные в ходе выполнения диссертационной работы, используются в учебном процессе и научных исследованиях на кафедре «Автоматизированные системы управления войсками и связи» Ульяновского высшего военного инженерного училища связи (военного института) и для решения ряда вопросов, возникающих при исследовании автоматизированных систем поддержки принятия решений в соответствии с целевыми программами испытания технического оборудования и систем для Министерства обороны РФ на 29 испытательном полигоне Министерства обороны РФ.

Положения, выносимые на защиту:

1. Структурно-логическая (концептуальная) модель системы поддержки принятия решений как основы системы анализа и предупреждения нештатных ситуаций;

2. Математическая модель уровней опасности, позволяющая вычислять их значения и учитывать множество динамически меняющихся факторов;

3. Геометрическая трехмерная модель нештатных ситуаций, позволяющая ЛПР оперативно оценивать реальную обстановку и принимать решения на более качественном уровне;

4. Система компьютерного моделирования нештатных ситуаций и выработки вариантов принятия решений для ЛПР в условиях временных ограничений.

Достоверность результатов проведенных исследований. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечена обоснованным использованием аналитических и численных методов расчета, методов математического моделирования и применением современных методик экспериментальных исследований, подтверждена результатами компьютерного моделирования.

Личный вклад автора. Решение поставленных задач в диссертационной работе, анализ результатов и выводы из них получены автором самостоятельно.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы обсуждались на X военно-научной технической конференции «Актуальные вопросы совершенствования техники и систем военной связи на основе современных телекоммуникационных и информационных технологий» г. Ульяновск, 2004г.; на Межвузовской научно-практической конференции «Актуальные вопросы развития техники связи и автоматизации на базе современных технологий» г. Ульяновск, 2004г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и 2 приложений. Общий объём диссертации составляет 148 страниц.

Выводы

1. Реализованы алгоритмы моделирования нештатных ситуации на основе анализа ситуаций окружающей обстановки в районе возможного размещения модулей пункта управления в виде программного комплекса «Анализ-ситуации* и принятие решений в условиях неопределенности», разработанного> в среде Borland Delphi на языке Delphi (Delphi language) [5, 37], что позволило проводить моделирование нештатных ситуаций и формирование на основе результатов моделирования вариантов альтернативных решений.

2. Разработан удобный интерфейс, позволяющий ЛПР значительно повысить эффективность своей работы по принятию решений в условиях ограниченного времени и динамически меняющейся обстановки.

3. Проведено моделирование реальных ситуаций, втом числе нештатных, оценена эффективность вырабатываемых системой* маршрутов и системы в целом, наглядность геометрической модели отображения нештатных ситуаций на основе динамического пространства уровней опасности, корректность работы и быстродействие используемых алгоритмов поиска кратчайшего пути.

Заключение

1. Для решения задач управления подвижными организационно-техническими системами специального назначения в условиях динамически меняющейся обстановки и особенно в условиях нештатных ситуаций, необходимо разрабатывать специальные системы поддержки принятия решений на основе интегрированной оценки воздействия внешних и внутренних дестабилизирующих факторов.

2. Одним из эффективных приёмов оценки опасностей для объектов управления в нештатных ситуациях является предложенная в диссертации вероятностная модель, отображающая наиболее' существенные внешние дестабилизирующие факторы с точки зрения уязвимости организационно-технических систем специального назначения.

3. Для оценки нештатных ситуаций в условиях ограниченного времени на принятие решений, разработана геометрическая трехмерная модель нештатных ситуаций, совмещенная с геоинформационной системой (электронной картой местности), позволяющая ЛПР оперативно оценивать реальную обстановку и принимать решения на более качественном уровне без проведения компьютерного моделирования в режиме реального времени.

4. В качестве критерия сохранения ресурса подвижных организационно-технических систем специального назначения в нештатных ситуациях использована живучесть - как свойство сохранять во времени в установленных пределах способность выполнять заданные функции, и на основании проведенного анализа способов обеспечения живучести в качестве основного показателя было предложено использовать маневр подвижными объектами управления.

5. Разработаны алгоритм формирования маршрутов передвижения и комплекс временных схем корректировки маршрутов передвижения в безопасный район размещения модуля ПУ в условиях динамически меняющейся обстановки.

6. Разработаны и программно реализованы алгоритмы моделирования нештатных ситуаций на основе анализа данных о состоянии окружающей обстановки в районе возможного размещения модулей ПУ в виде программного комплекса «Анализ ситуации и принятие решений в условиях неопределенности», разработанного в среде Borland Delphi на языке Delphi (Delphi language), что позволило проводить моделирование нештатных ситуаций и формирование на основе результатов моделирования вариантов альтернативных решений.

7. Разработан удобный интерфейс, позволяющий ЛПР значительно повысить эффективность своей работы по принятию решений в условиях ограниченного времени и динамически меняющейся обстановки.

8. Проведено моделирование реальных ситуаций, в том числе нештатных, • оценена эффективность вырабатываемых системой маршрутов, наглядность геометрической модели отображения нештатных ситуаций на основе динамического пространства уровней опасности, корректность работы и быстродействие используемых алгоритмов поиска кратчайшего пути.

1. Акоф. Искусство решения проблем/ Акоф, JL Рассел М.: Мир. - 1982. — 220с.

2. Алтунин А.Е. Модели и алгоритмы принятия решений в нечетких условиях: Монография. Тюмень / А.Е. Алтунин, М.В. Семухин. Издательство Тюменского государственного университета, 2000. — 352 с.

3. Ахо А. Структуры данных и алгоритмы / А.Ахо, Дж.Хопкорфт, Дж.Ульман. М.: Вильяме, 2003. - 235 с.

4. Бабков В.Ю. Использование информационных технологий двойного применения в системе связи тактического звена управления / В.Ю. Бабков, А.В. Бабкин, М.А. Вознюк, Э.В. Гамбургер, Г.А. Ларионов, М.М. Шипилов. СПб.: ВУС, 2001.-92 е.: ил.

5. Бакнелл-Д. Фундаментальные алгоритмы и структуры данных в Delphi / Д. Бакнелл. -М.: ДиаСофтЮП, 2003. 560с.

6. Балясников Б.Н. Обеспечение живучести системы NAVSTAR / Б.Н. Балясников, И.И. Емельянов // Зарубежная радиоэлектроника. — 1989. №1. — С. 61-67.

7. Белфортекс. Комплекс поддержки принятия решений. — режим доступа: http://www.belfortex.com/index.phtml?page=28013 &1=г

8. Беляев JI.C. Решение сложных оптимизационных задач в условиях неопределенности / Л.С. Беляев. Новосибирск: Наука, 1978. - 126 с.

9. Бендерская Е.Н. Системный анализ и принятие решений. / Е.Н. Бендерская и др. // Учебное пособие. СПБ: СПб ГТУ, 1999. - 178 с.

10. Блюмин С.Л. Введение в математические методы принятия решений / С.Л. Блюмин, И.А. Шуйкова//Учебное пособие Липецк: ЛГПУ- 1999.-104 с.

11. Борисов А.Н. Обработка нечеткой информации в системах принятия решений / А.Н. Борисов, А.В. Алексеев, Г.В. Меркурьева и др. М.: Радио* и связь, 1989.-304 е.: ил.

12. Быков В.П. Система поддержки принятия решений по управлению движением поездов на участках железных дорог: Конспект лекций / В.П. Быков. — Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2001. 92 е.: ил.

13. Вирт Н. Алгоритмы и структуры данных / Н.Вирт; пер. с англ. М.: Невский Диалект, 2001. — 352с.

14. Волик Б.Г. Эффективность, надежность и живучесть управляющих систем / Б.Г. Волик, И.А. Рябинин // Автоматика и телемеханика. 1984. - №12. — С. 151160.

15. Волков Ю.Г. Диссертация: Подготовка, Защита, Оформление. Практическое пособие / Ю.Г. Волков; Под ред. Н.И. Загузова. Изд. 2-е, испр. И доп. -М.: Гардарики, 2003. — 185 с.

16. Городецкий А. Е. Вычислительные методы нечёткого проектирования / А. Е. Городецкий // Вычислительная техника, автоматика, радиоэлектроника. Труды4 , СПбГТУ, №472. СПб, 1998 - с. 49-60.

17. Городецкий А. Е. Формализация задач управления сложными интегрированными системами / А. Е. Городецкий, И. JI. Тарасова. — Сайкт-Петербург, ИПМАШ РАН. 2003. - режим доступа: http://www.inftech.webservis.ru.

18. Грачев И.А. Специальное математическое и программное обеспечение автоматизированной системы управления: теоретический аспект / И.А. Грачев // Военная мысль. 2004. - №7. - С. 25 - 28.

19. Григорьев С.Г. Принципы создания вычислительной системы поддержки принятия решений в аварийных ситуациях на объектах по хранению и уничтожению ХО / С.Г. Григорьев, С.И. Днепровский // ЖРХО им. Д.И. Менделеева. 1993. - Т. XXXVII. - № 3. - С. 76—79.

20. Гуральник A.M. Геоинформационные системы: вопросы разработки / A.M. Гуральник // Военная Мысль. 2004. - № 6 - С. 23-27.

21. Демкин O.JI. О выборе критериев оценки эффективности функционирования системы управления тактического звена / O.JI. Демкин // Военная мысль. 2004. - № 10. - С. 3 7 - 43.

22. Егоров А.А. Об оценке достоверности результатов моделирования боевых действий (операции) объединения ВВС / А.А. Егоров // Военная Мысль. — 2005. — № 1.-С. 60-65.

23. Зайцев А.С. Разведывательно-огневая операция новая форма военных действий / А.С. Зайцев, В.В. Кузьмин // Военная мысль. Военно-теоретический сборник статей.-М.: МО РФ. - 1995.-№1(44).-С. 188- 195.

24. Золотов JI.C. Взгляды на развитие способов ведения общевойсковой операции и боя / JI.C. Золотов // Военная мысль № 3. М.: Воениздат, 1998 - 33-40с.

25. Кандель А. Нечеткие множества, нечеткая алгебра, нечеткая статистика / А. Кандель, У.Дж. Байатт // Труды американского общества инженеров- — радиоэлектроников, т. 66. 1978. -N12. - С. 37-61.

26. Карпов Е.А., Котенко И.В., Боговик А.В., Ковалев И.С., Забело А.Н., Загорулько С.С., Олейник В.В. Основы теории управления в системах военного назначения. Часть II. Учебное пособие. / Под редакцией А.Ю.Рунеева и И.В.Котенко. СПб.: ВУС, 2000. 156 с.

27. Киселев JI.K. Концептуальные основы обеспечения устойчивости сетейг \связи / JI.K. Киселев, А.П. Маркелов, Б.В. Воробьев // Электросвязь, 1994. - №2.

28. Колесниченко В.И. Об оценке эффективности АСУ ВВС / В.И. Колесниченко // Военная мысль. 2004. - №11 - С. 35 - 40.

29. Комашинский В.И. Нейронные сети и их применение в системах управления и связи / В.И. Комашинский, Д.А. Смирнов. М.: Горячая линия — Телеком, 2003. - 94 с.

30. Кормен Т. Алгоритмы: построение и анализ / Т. Кормен, Ч. Лейзерсон, Р. Риверст. М.: МЦНМО, 2001. - 302 с.

31. Корников В.В. Многокритериальное оценивание финансовых рисков в условиях неопределенности / В.В. Корников, И.А. Серегин, Н.В. Хованов — СПб.: СПбГУ, 2002. 268 с.

32. Коротченко Е.Г. Актуальные проблемы оперативного искусства / Е.Г. Коротченко // Военная мысль. Военно-теоретический сборник статей №1(44). — М.: МО РФ. 1995. - 40 - 45 с.

33. Коротченко Е.Г. Тенденции развития современного оперативного искусства. Военная мысль. — 1999. № 1.-11 - 16с.

34. Котенко И.В. Теория и практика построения автоматизированных систем информационной и вычислительной поддержки процессов планирования связи на основе новых информационных технологий / И.В. Котенко. СПб.: ВУС, 1998.

35. Котенко И.В., Рябов Г.А., Саенко И.Б. Интеллектуальные системы; для управления связью / Под ред. Н.И. Буренина. СПб.: ВУС, 1996. - 186 с.

36. Кубенский А.А. Структуры и алгоритмы обработки данных: объектно-ориентированный-подход и реализация на С++ / А.А. Кубенский. — СПб.: БХВ-Петербург, 2004. 464с.

37. Кумунжиев К.В. Теория систем и системный анализ: Учебное пособие. Часть 3: Проектирование систем / К.В. Кумунжиев. Ульяновск: УлГУ, 2003. — 119 с.

38. Ларичев О.И. Системы поддержки принятия решений. Современной состояние и перспективы их развития / О.И. Ларичев, А.В. Петровский // Итоги науки и техники. Сер. Техническая кибернетика. Т.21. - М.: ВИНИТИ, 1987.

39. Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений. Учебник для вузов / О.И. Ларичев. М., 2000. - 356 с.

40. Макаренко И.К. Направления и пути повышения эффективности огневого поражения противника / И.К. Макаренко, В.Я. Шатохин, А.Я. Черныш // Военная мысль. Военно-теоретический сборник статей. М.: МО РФ. - 1995. - №1(44). — С. 144- 148.

41. Макконел Дж. Анализ алгоритмов. Вводный курс / Дж. Макконел // Пер. с англ. М.: Техносфера, 2002. - 304с.

42. Мельников Д.А. Анализ показателей живучести системы связи военного назначения / Д.А. Мельников // Сборник рефератов депонированных рукописей, серия Б, выпуск № 70 М: ЦВНИ МО РФ, 2005. 9 с.

43. Минаев Ю.Н. Методы и алгоритмы идентификации и прогнозирования-в условиях неопределенности в нейросетевом логическом базисе / Ю.Н. Минаев, О.Ю. Филимонова, Бенамеур Лиес. М.: Горячая линия — Телеком, 2003. — 205 с::

44. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа / Н.Н. Моисеев. -М.: Наука, 1981-488с.

45. Моисеев Н.Н. Элементы теории оптимальных систем / Н.Н. Моисеев. — М: Наука, 1975.-528с.

46. Мусаев А.А. Библия для адъюнктов и соискателей / А.А. Мусаев. — СПб.: ВАС, 1998.-254 с.

47. Мысев Г.М. Автоматизированная система управления РВиА: проблемы создания и пути их решения / Г.М. Мысев, Ю.В. Терентьев, Д.И. Лежнев // Военная мысль. №10. - 2004. - С. 23 - 28.

48. Новичков. В.М. Анализ живучести сложных технических систем при возможном влиянии неблагоприятных воздействий со стороны окружающей среды / В.М. Новичков // Автоматизация и современные технологии. — 2003. — №10, С.27-32.

49. Пичугин М.И. Подготовка научно-педагогических кадров. Методические рекомендации адъюнктам и соискателям) / М.И. Пичугин; Под ред. Попова А.А. -Л.: ВАС, 1991.- 136 с.

50. Райншке К., Ушаков И.А. Оценка надежности систем с использованием графов / Под ред. И.А. Ушакова. М.: Радио и связь, 1988. - 208 е.: ил.

51. Рябинин И.А., Панферов Ю.М. Определение «веса» и «значимости» отдельных элементов при оценке надежности сложных систем / И.А'. Рябинин, Ю.М. Панферов // Изв. АН СССР. Энергетика и транспорт. 1987. - №6.

52. Сараев А.Д. Системный анализ и современные информационные технологии / А.Д. Сараев, О.А. Щербина // Труды Крымской Академии наук. -Симферополь: СОНАТ, 2006. С. 47 - 59.

53. Седжвик Р. Фундаментальные алгоритмы на С++. Часть 5.Алгоритмы на графах / Р.Седжвик.- М.: ДиаСофтЮП, 2002. 496с.

54. Стекольников Ю.И. Живучесть систем / Ю.И. Стекольников — СПб.: Политехника, — 2002. — 155с.

55. Табак Д. Оптимальное управление и математическое программирование / Д. Табак, Б. Куо. Изд. Наука, М., 1975. - 134 с.

56. Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка принятия решений: Научно-практическое издание / Э.А. Трахтенгерц // Серия «Информатизация России на пороге XXI века». -М.: СИНТЕГ. 1998. - 376 с.

57. Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка управления ликвидацией-последствий радиационного воздействия / Э.А. Трахтенгерц, В.М. Шершаков, Д.А. Камаев. М:: СИНТЕГ. - 2004. - 220 с.

58. Трахтенгерц Э.А. Компьютерные системы поддержки ^ принятия управленческих решений / Э.А. Трахтенгерц // II международная конференция по проблемам управления. Москва, 2003г. - режим доступа: http://www.ipu.ru/period/pu/docs/01-03trg.doc. >

59. Учебник по имитационному моделированию экономических процессов. — режим доступа: http://glspro.narod.ru/teach/index.html.

60. Филиппов В.И. Тенденции развития единства разведки, огня и маневра в общевойсковых операциях. / В.И. Филиппов // Военная мысль. 1994. — №7. — С. 34-41.

61. Харченко B.C. Оценка и обеспечение живучести информационно-вычислительных и управляющих систем технических комплексов критического использования / B.C. Харченко, И.В. Лысенко, В.А. Мельников»// Зарубежная радиоэлектроника 1996. - №1. - С. 43 - 52.

62. Машина (комплекс аппаратных и программных средств)

63. В ходе поддержки принятия решений представляется в видеинформационно-советующей системыи включает в составопытомполномочияминавыками

64. Характерны следующие недостатки (обусловленные «человеческим фактором» ■ непреднамеренные ошибки)

65. Негативное влияние на качество принимаемых решений1 г 1 г 1 г

66. Забывание или искажение информации Неправильная оценка возможных последствий Учет ограниченного числа факторов состояния окружающей обстановки

67. Проявление «человеческого фактора» усиливается в следствии специфики условий работы

68. Высокая динамика изменения обставновки

69. Активное воздействие со стороны противника

70. Круглосуточный режим работы (посменный)

71. Искажение (отсутствие информации) о элементах окружающей обстановки

72. Работа в движении и в ограниченном пространстве

73. Большое число факторов состояния окружающей обстановки1. Интерфейс пользователя1. Базы данных (Базы знаний)

74. Т.О. техническая подсистема ЧМС адаптирует (преобразовывает) нетипичную для управляющей биосистемы человека информацию о внешней и внутренней среде, делая ее доступной и удобной для принятия окончательных решений

75. Рисунок 2 Модель системы поддержки принятия решений как человеко-машинной системы.1. Цель

76. S повышение живучести модуля ПУ.показатель живучести G)1. Достигается

77. Своевременностью совершения маневра модулем ПУ в безопасный район1. Обеспечивается

78. Оперативным анализом данных о состоянии окружающей обстановки и объектах управления, и на основе полученных результатов анализа выработкой и предложением системой минимум трех вариантов совершения маневров в безопасный район размещения.3£итерий^>

79. Анализ состояния противника и формирование

80. ДПУО на основе полученных уровней опасности для всех возможных районов размещения модулей ПУ

81. Анализ технического состояния модулей ПУ и укомплектованности личным составом (определение Кг техники и способность оперативного состава Uoc).

82. Определение всех возможных маршрутов в безопасные районы относительно возможного воздействия со стороны противника

83. Учет влияния физико-географических характеристик местности, метеоусловий на совершение маневра по предлагаемым системой маршрутам.

84. Моделирование предлагаемых маршрутов с учетом состояния модуля ПУ и данных, полученных в результате решения задачи 4.

85. Оценка полученных результатов моделирования предлагаемых маршрутов и выдача ЛПР вариантов по совершению маневра модулем ПУ.1. Средства

86. S Система анализа и принятия решений вусловиях неопределенности

87. Блок анализа информации о состоянии возможностей разведки и средств воздействия противника (ДПУО) и состояния модуля ПУ

88. Блок выработки всех возможных маршрутов передвижения в безопасные районы размещения1. Блок ГИС

89. Блок моделирования предлагаемых вариантов совершения маневра1. Блок оценки результатовмоделирования и формирования системой решений для ЛПР

90. Рисунок 3 Структурная формализация задачи диссертационной работы.

91. Источники входной информации о состоянии окружающей среды внешние

92. Средства воздействия С противника

93. Средства разведки противника

94. Формирование исходных данных для блока расчета уровней опасности районов размещения модулей ПУг1. Отвеет1. J\ V1. OTBej2f\rV1. К"/, nrip mv m^ ГIвнутренние Форма 3 р1. Состояниемодуля Г)У -------- "1г i i ii i1. ГИС1. Форма 4

95. QM координаты размещения модуля, nsm ' количество элементов в модуле; Z(f, Рд) - режим работы средств связи.

96. Определение состояния окружающей внешней средыблок расчета-