Ієрархічні моделі та інформаційні технології оперативного управління в умовах надзвичайних ситуацій

Національний університет «Львівська політехніка»

На правах рукопису


РАК ТАРАС ЄВГЕНОВИЧ

УДК 004.9

05.13.06 – інформаційні технології

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Львів – 2013

Дисертацією є рукопис.
Робота виконана у Львівському державному університеті безпеки життєдіяльності Державної служби України з надзвичайних ситуацій

Науковий консультант:

доктор педагогічних наук, професор Козяр Михайло Миколайович, ректор Львівського державного університету безпеки життєдіяльності Державної служби України з надзвичайних ситуацій

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Бідюк Петро Іванович Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», професор кафедри математичних методів системного аналізу доктор технічних наук, професор Філатов Валентин Олександрович Харківський національний університет радіоелектроніки, професор кафедри штучного інтелекту доктор технічних наук, професор Теслюк Василь Миколайович Національний університет «Львівська політехніка», професор кафедри систем автоматизованого проектування

Захист відбудеться "28" листопада 2013 р. о 14 ⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.14 у Національному університеті «Львівська політехніка» (79013, Львів, вул. С. Бандери, 12).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного університету «Львівська політехніка» (79013, м. Львів, вул. Професорська, 1).

Автореферат розісланий "___" жовтня 2013 р.

вченої ради Д 35.052.14 А.Є. Батюк

Динамічний розвиток промисловості, техногенних виробничих і соціо-кому­нальних структур характеризується зрослими вимогами до систем організаційно-ад­міністративного і автоматизованого управління, особливо, в кон­тексті забезпечення стійкості під час аварійних чи екстремальних режимів роботи та НС. Для багато­рів­невих ієрархічних систем зі сталою структурою задачі управління розв’язуються на основі системного аналізу, теорії прийняття рішень за допомогою інтегрованих ав­то­матизованих систем підтримки прийняття рішень. Значний внесок у теорію і прак­тику проектування таких систем внесли Глушков В.М., Сергієнко І.В., Ме­са­ро­вич М.Д., Такахара І., Мойсеєв І.І., Поспелов Д.А., Подчасова Т.П., Перво­званський А.А. та ін.

Великий клас систем управління об’єктами з ієрархічною структурою досліджено не повною мірою, особливо в екстремальних режимах роботи. Зокрема, це стосується виробничих об’єктів із потенційно-небезпечними виробництвами та соціально-комунальних об’єктів. Ці об’єкти характе­ризу­ють­ся розподіленою структурою на великій площі. У випадку виникнення аварій та катастроф як техногенного, так і природного характеру необхідна інтеграція усіх ресурсів підрозділів пожежно-рятувальної служби і всіх підприємств, що знаходяться в осередку НС, для ліквідації їх наслідків. Проблеми інтеграції в ієрархічних системах досліджені в працях Азізова А.М., Михалевича В.С., Сікори Л.С. та ін.; проблеми телекомунікацій, зв’язку, обробки сигналів – в роботах Драгана Я.П., Безрука В.М., Омельченка В.О., Тимченка О.В. та ін.

Для систем з невизначеністю за дії зовнішніх факторів розроблені нечіткі моделі управління на основі інформаційних та нейромережевих технологій, які, певною мірою, моделюють інтелектуальні процеси формування і прийняття рішень, що розглянуто в працях Згуровського М.З., Алієва Р.А., Бідюка П.І., Бодянського Є.В., Міхальова О.І., Меліхова А.Н. та ін.

Незважаючи на істотні досягнення в теорії управління складними ієрар­хіч­ними системами, існує клас ієрархічних термінальних систем, призначених для керування процесами ліквідації наслідків НС, для яких постановка задач синтезу координації допустимих стратегій, а також методи і алгоритми їх роз­в’я­зання розроблені не повною мірою. Особливістю таких термінальних систем є наявність сталої структури Державної служби України з надзвичайних ситу­ацій (ДСНС), яка відіграє роль основного координатора спільних дій. Суттєве зна­чення при цьому мають дані і знання про змінні у часі та просторі струк­турні компоненти, що відо­бражають потенційно небезпечні об’єкти (ПНО), на яких сталася аварія, і системи управління, які їм відповідають, а також всі об’­єкти і підприємства, що знаходяться в зоні виникнення НС. Динаміка процесів у таких комплексах має елементи невиз­наченості, породжені недостатнім рів­нем знань про структуру об’єктів управління в системах, динаміку процесів і дже­рел збурення та конфліктів, динаміку ресурсних та інформаційних потоків, що потребує використання відповідних процедур та прийомів прийняття рі­шень щодо управління як локальними, так і складними системами. Це стало під­ставою для формування особливих вимог до рівня професій­ної підготовки осіб, які приймають як оперативні, так і стратегічні управлінські рішен­ня під час ліквідації НС та їх наслідків.

Якщо для операторів, які керують технологічними процесами, можна з ви­со­ким рівнем достовірності сформулювати процедуру прийняття рішень, згід­но із стратегіями цільової поведінки, то процеси прийняття рішень в тех­ногенних системах, які працюють в аварійних режимах та умовах НС, мають елементи невизначеності щодо формування процедур прийняття рішень.

Проблема гарантованого і прогнозованого управління великими тех­ноген­ними та екологічними структурами залишається на сьогодні не ви­рі­шеною. Найбільш виразно це проявляється на регіональному рівні. Крім впли­ву активних загроз на такі структури, необхідно враховувати також і ком­по­ненти людського фактора. Управлінський персонал при прийняті опера­тив­них рішень повинен враховувати вплив причинно-наслідкових факторів на змі­ну ситуації на об’єкті, ідентифікувати причини, прогнозувати сценарії роз­вит­ку по­дій в умовах НС і ризику, брати на себе відповідальність за прийняття рішень.

Таким чином, виникає необхідність у створенні інформаційних технологій для прийняття оперативних і координаційних рішень при ліквідації НС в ієрархічних енергоактивних структурах на основі інтеграції техногенних систем і ДСНС в умовах невизначеності.

Отже, з наведеного вище бачимо, що актуальною науково-прикладною проб­лемою є розроблення ієрархічних моделей термінальних систем, які формуються для ліквідації НС на потенційно-небезпечних об’єктах, та синтез інформаційних технологій для вибору або побудови стратегій прийняття рішень відповідальними особами при оперативному управлінні в екстремальних умовах.

Зв’язок роботи з науковим програмами, планами і темами. Тематика ди­сертаційної роботи, її мета і основні завдання відповідають державній прог­рамі за­безпечення пожежної безпеки в Україні на 2012-2015 рр., державним нау­ково-технічним програмам, сформульованим в Законі України "Про нау­ково-технічну діяльність" та в Законі України "Про Основні засади розвитку ін­фор­маційного суспільства в Україні на 2007-2015 роки". Робота виконувалася у рам­ках науково-дослідних робіт "Розробка моделей, методик та засобів вдос­коналення професійної підготовки фахівців підрозділів МНС з використанням ін­фор­маційно-телекомунікаційних технологій" (№ держ­реєстрації 0107U009841); "Розробка програмного комплексу автоматизованого форму­вання та публікації на веб-порталі МНС інформації щодо подолання наслідків Чорнобильської катастрофи" (№ держреєс­трації 0108U006935); "Удоско­налення нормативно-правового забезпечення функціо­нування УІАС НС, її орга­нізаційне та методичне супроводження (Прове­дення аудиту Системи)" (№ держ­реєстрації 0108U006939); "Інтеграція УІАС НС з міжна­родними службами спостереження, прогнозування та ліквідації наслідків над­звичайних ситуацій" (№ держреєстрації 0108U006937); "Розробка засобів авто­мати­зованого проек­тування високоефективних автоматизованих комплексів опера­тивного від­творення інформації на "твердих" носіях за принципом "print-on-demand" (№ держреєстрації 0108U006936).

Результати дисертаційної роботи використовуються у навчальному процесі

• 
  Львівського державного університету безпеки життєдіяльності при підготовці фахівців за напрямами та спеціальностями: «Пожежна безпека», «Цивільний за­хист», «Екологія, охорона навколишнього середовища та збалансоване природо­корис­тування», «Транспортні технології», а також у віртуальному освітньому сере­довищі «Віртуальний університет»;
  
• 
  кафедри автоматизації та комп’ютерних технологій Української академії друкарства при викладанні дисциплін: «Ідентифікація та моделювання технологічних об’єктів», «Інформаційні системи та комплекси» і «Мультимедійні та інформаційні системи»;
  
• 
  підготовки та тестування кандидатів на посади інженерів технічної служби «УМГ Львівтрансгаз».
  

Для цього необхідно розв’язати такі основні задачі:

• 
  провести аналіз техногенних систем, факторів виникнення НС (технічні, людські, механічні, енергетичні) та методів їх ліквідації;
  
• 
  розробити теоретичні основи формалізованого представлення енергоактивних систем та побудови їх ієрархічних моделей для визначення ступеня їх керованості в умовах НС;
  
• 
  розробити моделі координаційного управління техногенними системами в граничних режимах функціонування на основі інформаційних технологій аналізу даних та системного аналізу структури ПНО;
  
• 
  розробити інформаційні моделі формування факторів впливу на ПНО, які генерують джерела виникнення зон НС у техногенних структурах.
  
• 
  розробити концепцію інтегрального управління техногенними комплекса­ми та їх взаємодією зі структурами ДСНС для мінімізації ризику виник­нення аварійних ситуацій в граничних режимах функціонування ПНО;
  
• 
  обґрунтувати структуру баз знань для ефективної інтеграції технічних служб (ТС) і ДСНС в процесі ліквідації НС;
  
• 
  розробити когнітивні моделі поведінки оперативного персоналу (ОП) та обґрунтувати вимоги до їх інтелектуальної підготовки, тестування знань та професійного відбору;
  
• 
  розробити когнітивні моделі процесу активного навчання курсантів для ро­боти в НС та в умовах підвищеного ризику.