Моделі та інформаційна технологія управління ліквідацією наслідків надзвичайних природних ситуацій на магістральних автодорогах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського

“Харківський авіаційний інститут”

УДК 338.244:504.453

05.13.06 - інформаційні технології

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Моделі та інформаційна технологія управління ліквідацією наслідків надзвичайних природних ситуацій на магістральних автодорогах

Губін Юрій Леонідович

Харків - 2011



Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України.

Науковий керівник

доктор технічних наук, професор Нефьодов Леонід Іванович, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, завідувач кафедри автоматизації та комп'ютерно-інтегрованих технологій.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Петров Едуард Георгійович, Харківський національний університет радіоелектроніки, завідувач кафедри системотехніки ;

доктор технічних наук, професор Алексієв Олег Павлович, Харківський національний автомобільно-дорожній університет, завідувач кафедри мехатроніки автотранспортних засобів.

Захист відбудеться « 28 » жовтня 2011 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.062.01 у Національному аерокосмічному університеті ім. М.Є. Жуковського “ Харківський авіаційний інститут ” за адресою: 61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17, радіотехнічний корпус, ауд. 232.

З дисертацією можна ознайомитись у науково-технічній бібліотеці Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут” за адресою: 61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17.

Автореферат розісланий « 21 » вересня 2011 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради М.О. Латкін



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. В останнє десятиліття у всьому світі спостерігається тенденція до зростання кількості і масштабів наслідків надзвичайних ситуацій (НС) природного і техногенного характеру. НС супроводжуються не тільки матеріальними, але і людськими втратами, тому в умовах НС дуже важливо швидко і правильно приймати рішення з ліквідації їх наслідків.

При ліквідації надзвичайних природних ситуацій (НПС) на магістральних автодорогах (МАД) успіх багато в чому залежить від дій особи, що приймає рішення (ОПР). Як правило, ОПР отримує не в повному об'ємі інформацію про НПС, стан МАД і розвиток НПС на МАД.

Динамізм зміни обстановки в районі виникнення НПС, невизначеність і неповнота даних, що поступають, малий час на реагування і ліквідацію НПС, обмеження фінансових ресурсів, що виділяються, при необхідному рівні ефективності управління вимагають від ОПР адекватних дій, що досягаються, перш за все, за рахунок завчасного багатоваріантного прийняття рішень із запобігання і ліквідації НПС.

Величезна складність і розмірність таких задач, велика кількість суперечливих функціональних і економічних критеріїв і обмежень разом з невизначеною і неповною початковою інформацією привели до того, що існуючі традиційні моделі і методи моніторингу і управління ліквідацією наслідків НПС на МАД не дозволяють оперативно приймати науково-обгрунтовані і ефективні рішення.

Тому необхідно розробити оперативні і достатньо адекватні моделі і методи моніторингу і управління ліквідацією наслідків НПС на МАД.

Це дозволить науково обґрунтувати і підвищити оперативність й ефективність моніторингу і управління ліквідацією наслідків НПС на МАД.

Таким чином, актуальною науково-прикладною задачею є розробка моделей і методів підтримки прийняття рішень при виборі плану моніторингу і управлінні ліквідацією наслідків надзвичайних природних ситуацій на магістральних автодорогах.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалася на кафедрі автоматизації і комп'ютерно-інтегрованих технологій в 2007-2011 рр. у Харківському національному автомобільно-дорожньому університеті (ХНАДУ) згідно з планами держбюджетних НДР Міністерства освіти і науки України за темами «Моделі моніторингу джерел надзвичайних ситуацій на магістральних автодорогах» (ДР № 0209U006977) і «Управління проектами попередження і ліквідації наслідків надзвичайних ситуацій на магістральних автомобільних дорогах» (ДР № 0109U000789), у розробці яких автор приймав участь як виконавець.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є зменшення строків і витрат на моніторинг і ліквідацію наслідків надзвичайних природних ситуацій на магістральних автодорогах за рахунок розробки відповідних моделей та методів підтримки прийняття рішень.

Для досягнення цієї мети необхідно вирішити наступні задачі:

1. Провести аналіз задач моніторингу і управління ліквідацією наслідків НПС на МАД, моделей і методів їх рішення.

2. Розробити структуру інформаційної технології моніторингу і управління ліквідацією наслідків НПС на МАД і обґрунтувати використання методів багатокритеріальної оцінки і оптимізації залежно від міри невизначеності початкової інформації з інформаційно-довідковим забезпеченням процесів прийняття рішень.

3. Розробити моделі і методи моніторингу небезпеки надзвичайних природних ситуацій і стану магістральних автодоріг.

4. Розробити моделі і методи управління ліквідацією наслідків НПС на МАД. ліквідація надзвичайний автодорога комп'ютерний

5. Розробити і впровадити комп'ютерно-інтегровану технологію в практичну діяльність підрозділів Міністерства надзвичайних ситуацій (МНС) України.

Об'єкт дослідження процеси моніторингу і управління ліквідацією наслідків надзвичайних природних ситуацій на магістральних автодорогах

Предмет дослідження ? моделі, методи і інформаційна технологія моніторингу і управління ліквідацією наслідків надзвичайних природних ситуацій на магістральних автодорогах.

Методи дослідження базуються на: принципах системного аналізу для структуризації процесів моніторингу і управління ліквідацією наслідків НПС на МАД; методах дискретного і цілочисельного програмування, математичного моделювання, аналізу ієрархій, багатокритеріальної оцінки і оптимізації для розробки моделей і методів моніторингу небезпеки НПС і стану МАД, вибору прецедентів НПС на МАД і можливих планів їх ліквідації, ефективного плану, необхідних функціональних підрозділів (ФП) та їх ресурсів для ліквідації наслідків НПС на МАД; методах сітьового планування, імітаційного моделювання, багатокритеріальної оцінки і оптимізації для розробки моделей і методів планування реалізації робіт з урахуванням ризиків.

Наукова новизна одержаних результатів. До нових, отриманих особисто автором, слід віднести наступні результати:

- вперше розроблені моделі моніторингу небезпеки надзвичайних природних ситуацій на магістральних автодорогах, що, на відміну від існуючих, дозволяють приймати ефективні рішення в умовах високого ступеню невизначеності початкової інформації;

- вперше розроблені моделі ідентифікації наслідків надзвичайних природних ситуацій на магістральних автодорогах, оцінки можливих планів ліквідації їх наслідків з вибором із них ефективного плану, необхідних функціональних підрозділів та їх ресурсів для ліквідації наслідків надзвичайних природних ситуацій на магістральних автодорогах, що, на відміну від існуючих, за рахунок багатокритеріальної оцінки й оптимізації, дозволяють приймати ефективні рішення залежно від міри невизначеності початкової інформації;

- дістали подальший розвиток моделі планування реалізації робіт з ліквідації наслідків надзвичайних природних ситуацій на магістральних автодорогах в частині урахування одночасно ресурсних і часових критеріїв і обмежень, а також ризиків, що дозволяє приймати ефективні планові рішення залежно від вимог, що пред'являються, і заданого рівня ризиків.

Практичне значення отриманих результатів. Результати теоретичних досліджень і розроблених математичних моделей реалізовані у вигляді програмно-методичних комплексів комп'ютерно-інтегрованої технології моніторингу і управління ліквідацією наслідків надзвичайних природних ситуацій на магістральних автодорогах, що дозволило автоматизувати процеси прийняття рішень.

Результати дисертаційної роботи використовувалися у практиці моніторингу і управління ліквідацією наслідків НПС на МАД Сімферополь-Ялта-Севастополь з моніторингу небезпеки зсувів в підрозділах МНС (акти впровадження від 27.01.2010; 24.02.2010); при управлінні ліквідацією наслідків зсувів в підрозділі МНС (акт впровадження від 23.06.2010).

Результати дисертаційної роботи використовуються в учбовому процесі Харківського національного автомобільно-дорожнього університету (ХНАДУ) при читанні лекційного курсу з дисципліни "Проектний менеджмент", в лабораторному практикумі і дипломному проектуванні (акт впровадження від 25.05.2010).

Особистий внесок здобувача. Всі основні наукові положення, висновки та рекомендації дисертаційної роботи отримані автором особисто.

У роботах, що написані в співавторстві, здобувачу належать: моделі прийняття рішень з управління ліквідацією НС на МАД [1]; метод імітаційного моделювання реалізації плану ліквідації наслідків НПС на МАД [2]; структурна модель інформаційної технології моніторингу і управління ліквідацією наслідків НПС на МАД [3]; моделі і методи моніторингу небезпеки НПС на МАД [4]; метод пошуку прецедентів планів ліквідації наслідків НПС на МАД [5]; моделі визначення ураженості ділянок МАД зсувами і планування моніторингу їх небезпеки [6]; структурна модель метода багатокритеріальної оцінки точок контролю і оцінюваних показників джерел НПС на МАД [7]; модель вибору ресурсів для аварійно-рятувальних робіт з ліквідації наслідків НПС на МАД [8]; математична модель планування робіт з управління ліквідацією наслідків НПС на МАД [9]; структурна модель інформаційно-довідкового забезпечення ліквідації наслідків НПС на МАД [10]; аналіз особливостей управління ліквідацією наслідків НПС на МАД [11]; система підтримки прийняття рішень з управління попередженням і ліквідацією НПС на МАД [12]; метод вибору плану ліквідації наслідків НПС на МАД [13]; моделі управління ліквідацією наслідків НПС на МАД на базі прецедентів [14]; математична модель планування робіт з управління ліквідацією наслідків НПС на МАД [15]; моделі управління ліквідацією наслідків НПС на МАД з урахуванням ризиків [16]; методи управління ліквідацією наслідків НПС на МАД [17]; модель вибору програмного забезпечення управління ліквідацією наслідків НПС на МАД [18].

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи докладалися і обговорювалися на міжнародних конференціях: VI, VII, VIII Міжнародних науково-практичних конференціях «Сучасні інформаційні технології в економіці і управлінні підприємствами, програмами і проектами» (Алушта, 2008, 2009, 2010); Міжнародній науково-практичній конференції «Сучасні інформаційні і інноваційні технології на транспорті» (Херсон, 2009); Міжнародній науково-технічній конференції «Сучасні методи, інформаційне, програмне і технічне забезпечення систем управління організаційно-технічними комплексами» (Київ, 2009); IX Міжнародній науково-технічній конференції «Проблеми інформації і моделювання» (Харків, 2009); I Міжнародній науково-практичній конференції «Інтегроване стратегічне управління, управління проектами і програмами розвитку підприємств і територій» (Славське, 2010); XVI науково-технічній конференції з міжнародною участю «Транспорт, екологія сталий розвиток» (Варна 2010); V науково-практичній конференції за участю молодих вчених і студентів "Еколого-правові і економічні аспекти техногенної безпеки регіонів" (Харків, 2010); 72-75 науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу Харківського національного автомобільно-дорожнього університету (Харків, 2008, 2009, 2010, 2011).

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 18 робіт, з яких 10 в наукових журналах і збірках наукових робіт, які включені в перелік ВАК України, 8 - в матеріалах конференцій.

Структура роботи. Дисертаційна робота містить: вступ, чотири розділи, додаток і список використаних джерел. Повний обсяг становить 176 сторінок, 13 таблиць, 28 рисунків, з яких 11 на окремих аркушах. Додаток на 6 аркушах, список використаних джерел із 124 найменувань на 14 аркушах.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ дисертаційної роботи містить: обґрунтування актуальності теми і наукових задач; інформацію про зв'язок з науковими програмами; мету та задачі дослідження; об'єкт, предмет та методи дослідження; характеристику наукової новизни та практичного значення одержаних результатів, а також особистий внесок здобувача; дані про реалізацію, апробацію та публікацію результатів.

У першому розділі обґрунтовано напрямок досліджень та поставлено задачі моніторингу і управління ліквідацією наслідків НПС на МАД.

Загальна задача прийняття рішення з моніторингу і управління ліквідацією наслідків НПС на МАД полягає в наступному. Відомо:

- джерела НПС, їх характеристики і параметри;

- техніко-експлуатаційні, геометричні характеристики і параметри МАД;

- параметри і характеристики НПС на МАД;

- параметри і характеристики функціональних підрозділів і наявних засобів ліквідації НПС, включаючи технічні, людські і матеріальні ресурси.

Необхідно: розробити план моніторингу небезпеки НПС і стану МАД; у разі виникнення НПС на МАД провести її ідентифікацію; оцінити можливі плани ліквідації наслідків НПС на МАД і вибрати ефективний план; вибрати ФП і їх ресурси для ліквідації наслідків НПС на МАД; спланувати виконання рятувально-невідкладних та аварійно-відновлювальних робіт (РНАВР) і скоригувати розподіл для них ресурсів у разі потреби.

Задачу моніторингу і управління ліквідацією наслідків НПС на МАД вирішити важко як із-за складності обчислень, так й із-за трудомісткості обстеження джерел НПС, ідентифікації їх параметрів і характеристик, а також деяких характеристик стану МАД.

Вказані труднощі можна подолати декомпозицією загальної задачі на часткові, слідуючи основним принципам декомпозиційного підходу, коли кожен попередній етап прийняття рішення повинен звужувати область допустимих рішень наступного етапу, а результати, прийняті на рівнях, що знаходяться нижче, враховуються при корегуванні рішень вищих рівнів.

Розглянемо декомпозицію загальної задачі на часткові:

- організації моніторингу небезпеки НПС і стану МАД;

- планування моніторингу небезпеки НПС і стану МАД;

- ідентифікації наслідків НПС на МАД;

- оцінки можливих планів ліквідації наслідків НПС на МАД;

- вибору ефективного плану;

- вибору ФП та їх ресурсів для ліквідації наслідків НПС на МАД;

- планування РНАВР;

- корекції, у разі потреби, розподілу наявних ресурсів по РНАВР.

На основі проведеного аналізу існуючих моделей та методів моніторингу та управління ліквідацією наслідків НПС на МАД сформульовані мета та задачі дослідження.

Основні результати розділу опубліковані в роботах [11, 12, 17].

У другому розділі вибрані і обґрунтовані основні принципи побудови інформаційної технології, а також вимоги, що пред'являються до неї, розроблено структуру інформаційної технології моніторингу та управління ліквідацією наслідків НПС на МАД, що дозволило структурувати процес моніторингу і управління ліквідацією наслідків НПС на МАД (рис.1).

Оскільки виділені часткові задачі мають різнорідні суперечливі критерії, різний ступінь їх невизначеності, то для прийняття рішень обґрунтовані наступні методи: 1) метод аналізу ієрархій для організації моніторингу небезпеки НПС і стану МАД; 2) методи багатокритеріальної оцінки та оптимізації для прийняття рішень при плануванні реалізації моніторингу й управління ліквідацією наслідків НПС на МАД.

Розроблена структура інформаційно-довідкового забезпечення, яка дозволяє структурувати всю необхідну інформацію для задач моніторингу і управління ліквідацією наслідків НПС на МАД.



Рис. 1. Структура інформаційної технології моніторингу та управління ліквідацією наслідків НПС на МАД

Розроблена математична модель вибору системи управління базами даних (СУБД), яка дає можливість на відміну від тих, що існують, приймати ефективне рішення за багатьма критеріями, що відображають функціональні і вартісні характеристики СУБД. Це дозволяє забезпечити інформаційну підтримку й ефективну взаємодію ОПР з ПЕОМ в процесі моніторингу і управління ліквідацією наслідків НПС на МАД.

Основні результати розділу опубліковані в роботах [3, 7, 10, 18].

У третьому розділі розроблені математичні моделі і методи моніторингу небезпеки НПС та стану МАД, що включають моделі організації і планування моніторингу небезпеки НПС та стану МАД.

Розглянемо загальну постановку задачі організації моніторингу на прикладі визначення ділянок МАД, точок контролю і оцінюваних техніко-експлуатаційних показників (ТЕП) стану МАД.

Відомо: множина ділянок МАД , де - число ділянок МАД; для кожної з них - множина точок контролю , де - число точок контролю для i-ої ділянки МАД; у кожній точці контролю i-ої ділянки МАД може контролюватися множина ТЕП , - число ТЕП, які контролюються для j-ої точки i-ої ділянки МАД.

Введемо змінну , де , якщо вибрано -й контрольований ТЕП для j-ої точки i-ої ділянки МАД; ? інакше.

Необхідно визначити ділянки, точки контролю і контрольовані в них ТЕП за заданими функціональними і витратними критеріями і обмеженнями.

Як ТЕП можуть розглядатися: міцність дорожньої конструкції; товщина покриття; стан водовідвідних і дренажних систем; стан протизсувних споруд; стан узбіч і огорож.

Для вирішення розглянутої задачі пропонується використовувати метод аналізу ієрархій (МАІ), який ґрунтується на формалізованих експертних знаннях про можливі НПС на МАД (рис. 2).



Рис. 2. Ієрархія оцінки точок контролю і оцінюваних ТЕП ділянок МАД

Рішенням розглянутої задачі для МАД є коефіцієнти важливості -го показника в j-й точці контролю i-ої ділянки МАД, які є початковими даними для рішення задачі вибору контрольованих ТЕП в різних точках контролю різних ділянок МАД.

На наступному етапі потрібно вирішити задачу вибору ТЕП, що контролюються в різних точках різних ділянок МАД.

Після рішення задачі вибору контрольованих ТЕП в різних точках контролю різних ділянок МАД необхідно визначити план проведення їх моніторингу.

Розглянемо постановку задачі планування моніторингу стану МАД. Відомо: - коефіцієнти вагомості -го () показника в j-й точці i-ої ділянки МАД ; ;; виділений бюджет для проведення моніторингу усіх оцінок - і вартість моніторингу однієї оцінки -го ТЕП в j-й точці контролю i-ої ділянки МАД .

Введемо змінну , що означає ціле число необхідних оцінок -го ТЕП в j-й точці контролю i-ої ділянки МАД за поточний період.

Необхідно визначити план проведення моніторингу ТЕП у заданих точках контролю вибраних ділянок МАД з урахуванням заданих критеріїв і обмежень.

В якості критеріїв можуть розглядатися:

максимум сумарної кількості усіх оцінок ТЕП при проведенні моніторингу:

; (1)

максимум ефективності плану моніторингу ТЕП з урахуванням їх вагомості:

; (2)

мінімум сумарної вартості моніторингу ТЕП:

. (3)

Область допустимих рішень задається наступними обмеженнями:

сумарні витрати на проведення моніторингу усіх показників не повинні перевищувати виділений бюджет :



; (4)

за кожним ТЕП в j-й точці контролю i-ої ділянки МАД повинно бути проведено не менше однієї оцінки -го ТЕП і не більше визначеної нормативом кількості оцінок :

; (5)

позитивність і цілочисловість змінних :

. (6)

Приведена модель (1)-(6) відноситься до задач багатокритеріального лінійного цілочислового програмування

Задачу прийняття рішень з управління ліквідацією наслідків НПС на МАД вирішити важко як із-за складності обчислень, так і із-за трудомісткості ідентифікації наслідків НПС, що відбулася, а також деяких характеристик стану МАД.

Розглянемо декомпозицію загальної задачі управління ліквідацією наслідків НПС на МАД на часткові задачі: ідентифікації наслідків НПС і оцінки можливих планів їх ліквідації; вибору ефективного плану ліквідації наслідків НПС на МАД; вибору функціональних підрозділів та їх ресурсів для ліквідації наслідків НПС на МАД; планування робіт з ліквідації наслідків НПС на МАД; корекції розподілу ресурсів з ліквідації наслідків НПС на МАД.

Розглянемо задачу ідентифікації наслідків НПС і оцінки можливих планів їх ліквідації. Перспективним є вирішення подібних задач шляхом створення програмних систем, заснованих на ефективному використанні існуючого досвіду, представленого у вигляді прецедентів.

Визначимо прецедент е як множину П={s,r}, де НПС на МАД, - пов'язаний з нею план ліквідації її наслідків. Кожна НПС на МАД s характеризується параметрами , що описують цей прецедент (), де n - кількість параметрів прецеденту, а - області допустимих значень відповідних параметрів прецеденту.

Відомо: множина значень параметрів , , що описують поточну НПС на МАД; непорожня множина , НПС, що сталися і можливі, а також планів ліквідації їх наслідків у базі даних (БД); кількість НПС, що сталися і можливі, у БД - ; вагові коефіцієнти параметрів НПС - , .. ,; порогове значення міри схожості прецедентів () з теперішньою ситуацією () - .

Необхідно знайти множину прецедентів НПС і планів ліквідації їх наслідків , , що мають ступінь схожості (близькості), більший або рівний пороговому значенню.

З урахуванням специфіки систем експертного оцінювання наслідків НПС розроблено модифікований метод найближчого сусіда.

В результаті порівняння вибирається не єдиний найближчий сусід (прецедент), а деяка множина найближчих сусідів, ступінь схожості яких більше або дорівнює пороговому значенню. Це дозволяє упорядкувати прецеденти за зменшенням значень їх ступеня схожості с поточною НПС, а їх плани ліквідації наслідків НПС утворюють множину можливих планів ліквідації наслідків поточної НПС. Крім того, в модифікованому методі враховується можливість роботи з неповною інформацією в початкових даних і можливість обліку коефіцієнтів важливості параметрів НПС на МАД на основі експертних знань (переваг експерта). У разі відсутності значень параметрів в описі теперішньої ситуації вважатимемо, що даний параметр приймає середнє значення в інтервалі [], де - нижнє і верхнє значення і*-го параметру НПС. Навпаки, у разі відсутності значень параметрів в описі прецедентів вважаємо, що за даними параметрами прецеденти і теперішня ситуація повністю збігаються.

Наступною вирішується задача вибору ефективного плану ліквідації наслідків НПС на МАД за багатьма критеріями. Розглянемо її постановку. Відомо: множина планів ліквідації наслідків НПС на МАД ; , де кількість планів ліквідації наслідків НПС на МАД; кожен план ліквідації наслідків НПС на МАД характеризується множиною технічних, людських і матеріальних ресурсів ; , а ; ; ; кількість видів відповідних ресурсів, а також необхідними капітальними витратами на момент ліквідації наслідків НПС ; і часом ; , що витрачається на ліквідацію наслідків НПС на МАД. Введемо змінну , де якщо обрано -й план ліквідації наслідків НПС на МАД, - навпаки. Необхідно вибрати план з ліквідації наслідків НПС на МАД з урахуванням заданих критеріїв і обмежень. В якості критеріїв вибору можуть застосовуватися:

мінімальні капітальні витрати:

; (7)

мінімальна тривалість реалізації плану ліквідації наслідків НПС на МАД:



. (8)

Область допустимих рішень задається наступними обмеженнями:

капітальні витрати не повинні перевищувати заданих :

; (9)

тривалість реалізації плану не повинна перевищувати задану :

; (10)

технічні, людські і матеріальні ресурси, що використовуються при реалізації -го плану ліквідації наслідків НПС на МАД не повинні перевищувати заданих , , :

; ; ; ; (11)

? з множини планів ліквідації НПС на МАД має бути вибраний тільки один план:

. (12)



Приведена модель (7) - (12) відноситься до задач багатокритеріального лінійного дискретного програмування з булівими змінними.

Розглянемо постановку задачі вибору ФП та їх ресурсів для ліквідації наслідків НПС на МАД. Відомо: час доставки ресурсів (техніка, фахівці, матеріали та ін.) -го типу з -го ФП; відстань від -го ФП до епіцентру зони НПС на МАД; кількість ресурсів -го типу, що знаходяться в -м ФП; () кількість ресурсів -го типу, що необхідна для ліквідації наслідків НПС на МАД.

Необхідно визначити кількість ресурсів -го типу , що необхідно доставити з -го ФП, при яких:

мінімальний час доставки необхідних ресурсів для ліквідації наслідків НПС на МАД:

; (13)

максимальне забезпечення необхідними ресурсами для ліквідації наслідків НПС на МАД:

; ; (14)

при наступних обмеженнях:

кількість ресурсів -го типу, що доставляються з ФП, повинно бути не менше потрібного для ліквідації наслідків НПС:



(15)

кількість ресурсів -го типу, що доставляються з -го ФП не повинно перевищувати того, що мається в наявності:

(16)

позитивність і цілочисловість змінних:

. (17)

Розроблена модель (13)-(17) є задачею лінійного частково-цілочислового програмування. Результати вирішення розглянутих задач є початковими даними для вирішення задачі планування робіт з ліквідації НПС на МАД.

Відомо, що проведення аварійно-відновлювальних робіт пов'язане з деякими ресурсними ризиками. Вирішення задач подібного вигляду представляє значну проблему і вимагає розробки спеціалізованого програмного забезпечення.

Розглянемо задачу планування аварійно-відновлювальних робіт з урахуванням ризиків. Відомо: множина робіт , , що необхідно виконати і потрібні для них ресурси , ; число типів ресурсів для -ої роботи з ліквідації наслідків НПС на МАД; тривалість виконання -ої роботи у нормальному режимі ; вартість виконання -ої роботи у нормальному режимі ; узагальнений ризик; технологічний порядок виконання робіт ; де

Необхідно з урахуванням ризиків визначити послідовність, початок , тривалість і час завершення реалізації кожної роботи з ліквідації наслідків НПС на МАД.

Для рішення поставленої задачі розроблена модель планування робіт з ліквідації НПС на МАД з урахуванням ризиків.

Часткові критерії:

1) мінімізувати вартість виконання всіх робіт з ліквідації наслідків НПС на МАД:

; (18)

2) мінімізувати витрати кожного виду ресурсів з ліквідації наслідків НПС на МАД:

; (19)

3) мінімізувати час завершення всіх робіт:

. (20)

Область допустимих рішень задається наступними обмеженнями:

1) всі роботи повинні завершитися до кінця планового періоду :

; (21)

2) всі роботи повинні виконуватися в технологічній послідовності:

; (22)

3) сума ресурсів -го типу за всіма роботами з ліквідації наслідків НПС на МАД не повинна перевищувати заданого значення :

. (23)

Приведена модель (18)-(23) відноситься до класу задач математичного програмування за багатьма критеріями. Для реалізації моделі (18)-(23) пропонується наступна послідовність дій: 1) будується план, що включає всі можливі роботи й взаємозв'язки між ними в системі MS Project і типові ресурси для даних робіт; 2) при оцінці плану для реальної ситуації вводиться тривалість всіх робіт; 3) виконується вирівнювання завантаження ресурсів плану і заздалегідь оцінюються загальні параметри плану; 4) за допомогою системи Turbo Risk Manager задається рівень вірогідності досягнення запланованих термінів виконання робіт і виконується імітаційне моделювання; 5) оцінюється тривалість робіт і дисперсія за тривалістю виконання всіх робіт при різних рівнях ризиків.

Це дозволяє розробляти плани реалізації робіт із заданою вірогідністю завершення їх у визначений термін.

Вибрані і обґрунтовані методи дискретного програмування для реалізації вказаних часткових моделей прийняття рішень залежно від їх розмірності: для задач частково-цілочислового програмування - метод Гоморі; для задач малої розмірності з булівими змінними - метод гілок і меж, а для задач великої розмірності - метод випадкового пошуку екстремуму.

Розроблено алгоритм багатокритеріальної оптимізації на прикладі рішення задачі вибору ефективного плану ліквідації наслідків НПС на МАД залежно від ступеня невизначеності інформації про важливість часткових критеріїв.

Основні результати розділу опубліковані в роботах [1,2,4-6,8,9, 13-16].

В четвертому розділі розроблена структура комп'ютерно-інтегрованої технології, що дозволяє автоматизувати процес прийняття рішень для моніторингу та управління ліквідацією наслідків НПС на МАД у вигляді програмних модулів: визначення точок контролю джерел НПС і оцінюваних показників небезпеки НПС на МАД; вибору контрольованих ТЕП в різних точках контролю різних ділянок МАД; визначення плану проведення моніторингу; ідентифікації наслідків НПС і оцінки можливих планів їх ліквідації з вибором ефективного плану, ФП та їх ресурсів для ліквідації наслідків НПС на МАД; планування робіт з ліквідації наслідків НПС на МАД.

Для кожного програмного модуля розроблені свої інтерфейси, реалізовані на основі призначених для користувача меню і діалогових вікон.

Результати практичного застосування розроблених моделей, методів та інформаційної технології моніторингу і управління ліквідацією наслідків НПС на МАД довели доцільність та ефективність їх впровадження.

Основні результати розділу опубліковані в роботах [5,6,9].



ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі отримані результати, що відповідають меті дослідження, в сукупності є рішенням актуальної науково-прикладної задачі розробки моделей й методів підтримки прийняття рішень при виборі плану моніторингу та управлінні ліквідацією наслідків надзвичайних природних ситуацій на магістральних автодорогах.

1. Проведений аналіз задач моніторингу і управління ліквідацією наслідків надзвичайних ситуацій на МАД, моделей і методів їх рішення дозволив вперше сформулювати загальну і часткові задачі моніторингу і управління ліквідацією наслідків НПС на МАД, вибрати об'єкт, предмет, мету і задачі дослідження.

2. Розроблена структура інформаційної технології моніторингу та управління ліквідацією наслідків НПС на МАД і обґрунтовані методи багатокритеріальної оцінки і оптимізації, що дало можливість структурувати процеси прийняття рішень залежно від міри невизначеності початкової інформації. Розроблено інформаційно-довідкове забезпечення і модель вибору СУБД, що дозволило організувати інформаційну підтримку і ефективну взаємодію особи, що приймає рішення, з ПЕОМ в процесі рішення задач.

3. Розроблені математичні моделі моніторингу небезпеки НПС і стану МАД за багатьма критеріями, що включають: оцінку і визначення точок контролю показників небезпеки НПС і стану МАД, а також вибір плану їх моніторингу. Відмінність розроблених моделей від відомих полягає в прийнятті рішень за багатьма критеріями в умовах високої міри невизначеності початкової інформації.

4. Розроблені моделі ідентифікації наслідків НПС на МАД, оцінки можливих планів ліквідації їх наслідків з вибором з них ефективного плану, ФП і необхідних ресурсів, що дають можливість, на відміну від існуючих моделей, приймати ефективні рішення за багатьма критеріями залежно від міри невизначеності початкової інформації.

5. Розроблені моделі і методи планування робіт з ліквідації наслідків НПС на МАД, що дозволяють враховувати, на відміну від існуючих моделей, не тільки ресурсні, але і часові вимоги, а також ризики.

6. Розроблена і впроваджена комп'ютерно-інтегрована технологія у вигляді програмно-методичних комплексів, що дозволило реалізувати запропоновані моделі в практику моніторингу і управління ліквідацією наслідків НПС на МАД і автоматизувати процеси прийняття рішень.

7. Розроблені моделі, методи і комп'ютерно-інтегрована технологія впроваджені в практичну діяльність підрозділів Міністерства надзвичайних ситуацій Автономної республіки Крим і застосовані при моніторингу небезпеки НПС (зменшення витрат на 5,5%) і управлінні ліквідацією їх наслідків (скорочення часу на 33,86%) на прикладі МАД Сімферополь-Ялта-Севастополь, а також в учбовий процес ХНАДУ. Аналіз отриманих практичних результатів показав доцільність і ефективність використання розроблених в дисертаційній роботі моделей, методів і інформаційної технології.

8. Проведені дослідження виявили ряд нових задач в області планування попередження НПС на МАД.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Нефедов Л.И. Модели принятия решений по ликвидации чрезвычайных ситуаций на магистральных автомобильных дорогах / Л.И. Нефедов, В.Е Овчаренко, Н.Ю. Филь, О.Н. Замирец, Ю.Л. Губин // Технология приборостроения. 2008. № 2. С. 25-27.

2. Нефедов Л.И. Имитационное моделирование реализации проекта ликвидации чрезвычайной природной ситуации на магистральной автомобильной дороге / Л.И. Нефедов, В.Е. Овчаренко, И.Г. Ильге, ю.л. губин // Технология приборостроения. 2009. № 1. С. 17-19.

3. Нефедов Л.И. Информационная технология управления проектами ликвидации чрезвычайных ситуаций на магистральных автомобильных дорогах / Л.И. Нефедов, Н.Ю. Филь, Ю.Л. Губин // Восточно-европейский журнал передовых технологий. 2009. № 1/2(37). С.4-7.

4. Нефедов Л.И. Модели и методы мониторинга опасных чрезвычайных природных ситуаций на магистральных автомобильных дорогах /Л.И. Нефёдов, Н.Ю. Филь, ю.л. губин // Технология приборостроения. 2009. № 2. С. 23-28.

5. Нефедов Л.И. Метод поиска прецедентов проектов ликвидации чрезвычайных природных ситуаций на магистральных автомобильных дорогах / Л.И. Нефедов, Н.Ю. Филь, Ю.Л. губин // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2010. № 1/3 (43). - С. 50-52.

6. Нефедов Л.И. Модели оценки и планирования мониторинга опасности оползней на магистральных автомобильных дорогах / Л.И. Нефедов, Н.Ю. Филь, Ю.Л. Губин // Восточно-европейский журнал передовых технологий. - 2010. № 5/4 (47). - С. 41-45.

7. Нефедов Л.И. Модели оценки проектов по предупреждению чрезвычайных природных ситуаций на магистральных автомобильных дорогах / Л.И. Нефедов, Н.Ю. Филь, Е.П. Бабенко, Ю.Л. Губин // Технология приборостроения. 2010. № 1. С. 5-9.

8. Нефьодов Л.І. Модель вибору ресурсів для аварійно-рятівних робіт з ліквідації надзвичайних природних ситуацій на магістральних автомобільних дорогах/ Л.І. Нефьодов, Н.Ю. Філь, Ю.Л. Губін // Пожежна безпека: Теорія і практика: зб. наук. пр. Акад. пожеж. безпеки ім. Героїв Чорнобиля. № 4. ? Черкаси, 2009. С.79-82.

9. Нефедов Л.И. Математическая модель планирования работ при управлении проектами ликвидации последствий чрезвычайных природных ситуаций на магистральных автомобильных дорогах / Л.И. Нефедов, Е.П. Бабенко, Н.Ю. Филь, Ю.Л. Губин // Информатика и моделирование: сб. науч. тр. Нац. техн. ун-та «ХПИ». ? Вып. 43. Х., 2009. ? С. 115-119.

10. Нефедов Л.И. Синтез информационно-справочного обеспечения ликвидации чрезвычайных природных ситуаций на магистральных автомобильных дорогах / Л.И. Нефедов, Н.Ю. Филь, Ю.Л. Губин // Вест. Хар. нац. авт.-дор. ун-та: сб. науч. тр. - Вып. 49. - Х., 2010. - С. 103-107.

11. Нефедов Л.И. Управление проектами ликвидации чрезвычайных ситуаций на магистральных автомобильных дорогах / Л.И. Нефедов, Ю.Л. Губин // Актуальные проблемы управления бизнесом, предприятиями и проектами: тез. докл. VI Междунар. науч.-практ. конф.- Х., 2008. С. 153-154.

12. Нефедов Л.И. Система поддержки принятия решений по управлению проектами предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций на магистральных автомобильных дорогах // Л.И. Нефедов, Н.Ю. Филь, Ю.Л. Губин // Сучасні інформаційні та інноваційні технології на транспорті: зб. пр. Міжнар. наук.-практ. конф., 25-27 трав. 2009 р. Т. 1. - Херсон, 2009. С. 16-20.

13. Нефедов Л.И. Метод вибору проекту з ліквідації надзвичайних природних ситуацій на магістральних автомобільних дорогах / Л.И. Нефедов, Н.Ю. Филь, Ю.Л. Губин // Сучасні методи, інформаційне, програмне та технічне забезпечення систем управління організаційно-технічними комплексами: матеріали Міжнар. наук.-техн. конф., 26-27 лист. 2009 р. К., 2009. - С. 83.

14. Нефедов Л.И. Управление проектами ликвидации чрезвычайных природных ситуаций на магистральных автомобильных дорогах на базе прецедентов / Л.И. Нефедов, Н.Ю. Филь, Ю.Л. Губин // Современные информационные технологии в экономике и управлении предприятиями, программами и проектами: тез. докл. VII Междунар. науч.-практ. конф. - Х., 2009. - С. 187-188.

15. Нефедов Л.И. Математическая модель планирования работ при управлении проектами ликвидации последствий чрезвычайных природных ситуаций на магистральных автомобильных дорогах / Л.И. Нефедов, Е.П. Бабенко, Н.Ю. Филь, Ю.Л. Губин // Проблемы информатики и моделирования: материалы девятой Междунар. науч.-техн. конф., 26-28 нояб. 2009 г. - Х., 2009. - С. 17.

16. Нефедов Л.И. Управление проектами ликвидации чрезвычайных природных ситуаций на магистральных автомобильных дорогах / Л.И. Нефедов, Н.Ю. Филь, Е.П. Бабенко, Ю.Л. Губин // Транспорт, экология - устойчивое развитие: сб. докл. XVI науч.-техн. конф. с междунар. участием, 20-22 мая 2010 г. Варна, 2010. - С. 560-570.

17. Нефедов Л.И. Управление проектами ликвидации чрезвычайных ситуаций на магистральных автомобильных дорогах с учетом рисков / Л.И. Нефедов, Н.Ю. Филь, Е.П. Бабенко, Ю.Л. Губин // Современные информационные технологии в экономике и управлении предприятиями, программами и проектами: тез. докл. VIII Междунар. науч.-практ. конф., Алушта, 20-26 сент. 2010 г. - Х., 2010. - С. 158-159.

18. Нефедов Л.И. Модель выбора программного обеспечения управления проектами ликвидации чрезвычайных природных ситуаций на магистральных автомобильных дорогах / Л.И. Нефедов, Н.Ю. Филь, Ю.Л. Губин // Эколого-правовые и экономические аспекты техногенной безопасности регионов: материалы V науч-практ. конф. при участии молодых ученых и студентов, 20-22 окт., 2010 г. - Х., 2010. - С. 288-289.

АНОТАЦІЯ

Губін Ю.Л. Моделі та інформаційна технологія управління ліквідацією наслідків надзвичайних природних ситуацій на магістральних автодорогах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - інформаційні технології. - Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського «Харківський авіаційний інститут», м. Харків, 2011.

Дисертацію присвячено розробці моделей, методів та інформаційної технології моніторингу та управління ліквідацією наслідків НПС на МАД.

Науковими результатами є: вперше розроблені моделі моніторингу небезпеки надзвичайних природних ситуацій на магістральних автодорогах, що, на відміну від існуючих, дозволяють приймати ефективні рішення в умовах високого ступеню невизначеності початкової інформації; моделі ідентифікації наслідків надзвичайних природних ситуацій на магістральних автодорогах, оцінки можливих планів ліквідації їх наслідків з вибором із них ефективного плану, необхідних функціональних підрозділів та їх ресурсів для ліквідації наслідків надзвичайних природних ситуацій на магістральних автодорогах, що, на відміну від існуючих, за рахунок багатокритеріальної оцінки й оптимізації, дозволяють приймати ефективні рішення залежно від міри невизначеності початкової інформації; дістали подальшого розвитку моделі планування реалізації робіт з ліквідації наслідків надзвичайних природних ситуацій на магістральних автодорогах в частині урахування одночасно ресурсних і часових критеріїв і обмежень, а також ризиків, що дозволяє приймати ефективні планові рішення залежно від вимог, що пред'являються, і заданого рівня ризиків.

Розроблена та впроваджена комп'ютерно-інтегрована технологія моніторингу і управління ліквідацією наслідків НПС на МАД у вигляді програмно-методичних комплексів, що дозволило реалізувати запропоновані моделі в практичну діяльність підрозділів Міністерства надзвичайних ситуацій України.

Ключові слова: моніторинг, ліквідація, наслідки, математичні моделі, надзвичайні природні ситуації, магістральні автодороги.



АННОТАЦИЯ

Губин Ю.Л. Модели и информационная технология управления ликвидацией последствий чрезвычайных природных ситуаций на магистральных автодорогах. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - информационные технологии. - Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского «Харьковский авиационный институт», г. Харьков, 2011.

Проведенный анализ задач мониторинга и управления ликвидацией последствий чрезвычайных ситуаций на МАД, моделей и методов их решения позволил впервые сформулировать общую и частные задачи мониторинга и управления ликвидацией последствий ЧПС на МАД, выбрать объект, предмет, цель и задачи исследования.

Разработана структура информационной технологии мониторинга и управления ликвидацией последствий ЧПС на МАД и обоснованы методы многокритериальной оценки и оптимизации, что дало возможность структурировать процессы принятия решений в зависимости от степени неопределенности исходной информации.

Разработаны математические модели мониторинга состояния МАД и опасности ЧПС по многим критериям в условиях высокой неопределенности исходной информации. Отличие разработанных моделей от известных заключается в принятии решений по многим критериям в условиях высокой степени неопределенности исходной информации.

Разработаны модели идентификации последствий ЧПС на МАД, оценки возможных планов ликвидации последствий ЧПС на МАД и выбора из них эффективного плана с определением функциональных подразделений и необходимых ресурсов, которые дают возможность, в отличие от существующих моделей, принимать эффективные решения по многим критериям в зависимости от степени неопределенности исходной информации.

Получили дальнейшее развитие модели планирования работ по ликвидации последствий ЧПС на МАД в части учета одновременно ресурсных и временных критериев и ограничений, а также рисков, что позволяет принимать эффективные плановые решения в зависимости от предъявляемых требований и заданного уровня рисков.

Разработана компьютерно-интегрированная технология в виде программно-методических комплексов, что позволило реализовать предложенные модели в практику мониторинга и управления ликвидацией последствий ЧПС на МАД и автоматизировать процессы принятия решений.

Разработанные модели, методы и компьютерно-интегрированная технология применены и внедрены при мониторинге опасности ЧПС и управлении ликвидацией их последствий на примере МАД Симферополь-Ялта-Севастополь. Анализ полученных практических результатов показал целесообразность и эффективность использования разработанных в диссертационной работе моделей, методов и информационной технологии.

Ключевые слова: мониторинг, ликвидация, последствия, математические модели, чрезвычайные природные ситуации, магистральные автодороги.



ABSTRACT

Gubin Y.L. Models and information technology of managing disasterclean-up operations on highways. - Manuscript.

Thesis for a Candidate Degree in Technical Sciences. Speciality 05.13.06. - information technologies. - National Aerospace University “Kharkiv Aviation Institute”, Kharkiv, 2011.

The thesis is devoted to developing models, methods and information technology of monitoring and managing disaster clean-up operations on highways.

The scientific results are as follows: for the first time models and methods of monitoring hazards of natural disasters on highways have been developed, that, unlike the existing ones, allow to make effective decisions under the conditions of different degrees of the initial information uncertainty; the models of identifying aftermaths of natural disasters on highways, diagnosis of possible plans for their cleaning-up, which include choosing the effective plan, necessary functional units and their resources for disaster clean-up operations on highways, which, unlike the existing ones due to multiobjective diagnosis, allow to make effective decisions depending on the degree of the initial information uncertainty have been developed; models of planning activities aimed at cleaning-up operations on highways concerning simultaneous monitoring both resource and time criteria and restrictions, as well as risks, which allow to make effective plan decisions depending on the imposed requirements and the set degree of risks have been further developed.

The computer-integrated technology of monitoring and managing disaster clean-up operations on highways as program and methodic complexes has been developed and introduced, which allowed to implement the suggested models into practice of the subdivisions of the Ministry of Emergencies of Ukraine.

Key words: monitoring, clean-up operations, aftermaths, mathematic models, natural disasters, highways.

Размещено на Allbest.ru

...