Материал: Модели и алгоритмы информационно-аналитической поддержки антикризисного управления

Модели и алгоритмы информационно-аналитической поддержки антикризисного управления

ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России

Модели и алгоритмы информационно-аналитической поддержки антикризисного управления

Оглавление

Введение

. Анализ необходимости внедрения средств информационно-аналитической поддержки антикризисного управления

.1 Общий анализ предметной области

.2 Модель выявления и анализа проблемных вопросов в деятельности должностных лиц ЦУКС МЧС России

.3 Модель совершенствования системы ЦУКС

.4 Общая постановка задачи совершенствования системы ЦУКС с позиции теории активных систем

Выводы по первой главе

. Моделирование процесса информационно-аналитической поддержки антикризисного управления

.1 Модель анализа информационной потребности должностных лиц ЦУКС

.2 Модель выявления перечня задач информационно-аналитической поддержки

.3 Моделирование процессов информационно-аналитической поддержки деятельности должностных лиц ЦУКС МЧС России

.4 Математическая модель процесса выбора рациональной модели представления знаний

.5 Модель принятия решений по реагированию на ЧС при децентрализованной структуре управления

Выводы по второй главе

. Алгоритмы информационно-аналитической поддержки деятельности должностных лиц ЦУКС МЧС России

.1 Алгоритм процесса информационно-аналитической поддержки деятельности должностных лиц ЦУКС МЧС России

.2 Алгоритм выбора рациональной модели представления знаний

.3 Алгоритм разработки системы информационно-аналитической поддержки 95

.4 Алгоритм принятия решений по реагированию на ЧС при децентрализованной структуре управления

Выводы третьей главе

. Реализация системы информационно-аналитической поддержки деятельности должностных лиц ЦУКС МЧС России

.1 Продукционная и нечеткая модель информационно-аналитической поддержки должностных лиц, принимающих управленческие решения в кризисных ситуациях

.2 Программная реализация системы информационно-аналитической поддержки

.3 Экономический эффект

.4 Оценка полученных результатов

Выводы четвертой главе

Заключение

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Введение

Актуальность темы исследования. Успешное прогнозирование и ликвидация чрезвычайных ситуаций (ЧС), расчет состава сил и средств (СИС), своевременная и качественная помощь пострадавшим при ЧС природного и техногенного характера достигается за счет эффективной организации деятельности органов управления МЧС России.

Задачи организации управления в МЧС России возложены на Единую государственную систему предупреждения и ликвидации ЧС (РСЧС). Для контроля функционирования подсистем и звеньев РСЧС, а также осуществления оперативного управления в пределах имеющихся полномочий существуют органы повседневного управления РСЧС.

В деятельности органов повседневного управления существуют проблемы, связанные с качеством и оперативностью принимаемых решений, негативно влияющие на исход ЧС, могут привести к дополнительным материальным затратам и плохо прогнозируемым последствиям.

Одна из проблем связана с тем, что должностные лица центров управления в кризисных ситуациях (ЦУКС) различных уровней управления МЧС России регулярно решают вопросы оперативного реагирования на происшествия и чрезвычайные ситуации в условиях нехватки личного состава подразделений или наличия начинающих специалистов.

Качество и объем получаемой информации о ЧС остаются недостаточными для принятия рационального и обоснованного решения. Это связано с получением противоречивой информации, при которой полезность информации соответствует отрицательному значению или когда ценность полученной информации равна нулю, что мешает лицу, принимающему решение (ЛПР), оценить сложившуюся ситуацию, и усложняет возможность эффективно управлять процессом ликвидации чрезвычайной ситуации.

Существует также большое число вариантов действий при принятии решений в условиях риска, из которых нужно выбрать рациональное.

Происходит постепенная ликвидация межрегионального звена управления, что неизбежно приведет к переходу на децентрализованную структуру управления при ликвидации межрегиональной ЧС.

Проблемы возможно решать, применяя соответствующие системы поддержки принятия решений на основе разработки моделей и алгоритмов процессов информационно-аналитической поддержки деятельности должностных лиц ЦУКС. Сокращение времени на принятие решений за счет внедрения систем поддержки деятельности должностных лиц ЦУКС возможно путем автоматизации составляющих данного процесса.

Актуальность работы подтверждается основными приоритетами научно-технического и информационного обеспечения управления деятельности РСЧС (определены приказом МЧС России от 05.08.2009 г. № 457) и актуальными задачами по развитию ЦУКС (определены решением коллегии МЧС России № 15 от 5.12.2014 г. «О концепции развития системы управления МЧС России до 2030 года») по пунктам:

научно-методическое обеспечение совершенствования системы управления в кризисных ситуациях, создание и совершенствование технологического, математического, программного и информационного обеспечения автоматизированных систем управления в чрезвычайных ситуациях;

совершенствование информационно-технологического обеспечения деятельности ЦУКС МЧС России, оснащение ЦУКС современными информационно-техническими и программно-аппаратными средствами с целью повышения эффективности функционирования.

Актуальность работы обусловлена тем, что в условиях оптимизации системы управления МЧС России возникает необходимость эффективно распределять финансовые ресурсы и производить кадровые сокращения в органах управления, что оказывает негативное влияние на эффективность функционирования органов, поэтому предлагается часть функциональных обязанностей возложить на системы информационно-аналитической поддержки деятельности должностных лиц ЦУКС МЧС России.

Степень разработанности темы. Существенный вклад в развитие вопросов управления структурными подразделениями МЧС России и применения систем поддержки принятия решений в различных сферах человеческой деятельности можно выявить в работах Еникеевой К.Р., Евграфова П.М., Абрамова А.П., Ямалова И.У, Брушлинского Н.Н., Топольского Н.Г., Андиевой Е.Ю., Даниленко А.Н., Вильчика С.И., Ноженковой Л.Ф., в которых рассмотрены вопросы практического применения аппарата теории принятия решений при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, использования процедур информационной поддержки при мониторинге и оценке рисков ЧС.

Анализ современного состояния вопросов применения систем поддержки принятия решений в деятельности должностных лиц органов управления МЧС России позволяет сделать вывод, что на сегодняшний день отсутствуют научно-методические средства применения систем информационно-аналитической поддержки деятельности должностных лиц ЦУКС МЧС России, практически не проработан вопрос выявления рациональной модели представления знаний для задач информационно-аналитической поддержки, не решены вопросы анализа информационной потребности должностных лиц органов управления МЧС России. Вопросы перехода на децентрализованную структуру управления также нуждаются в детальной проработке.

Цель исследования-повышение эффективности системы повседневного управления МЧС России путем разработки моделей и алгоритмов информационно-аналитической поддержки.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

анализ системы повседневного управления МЧС России;

анализ информационной потребности должностных лиц, принимающих решения в кризисных ситуациях;

разработка структур баз данных;

разработка моделей и алгоритмов информационно-аналитической поддержки должностных лиц, принимающих управленческие решения в кризисных ситуациях на базе продукционных и нечетких моделей;

программная реализация разработанных алгоритмов и создание системы информационно-аналитической поддержки.

Объект исследования - система повседневного управления МЧС России.

Предмет исследования - модели и алгоритмы информационно-аналитической поддержки должностных лиц, принимающих управленческие решения в кризисных ситуациях.

Научная новизна. В процессе выполнения диссертационной работы впервые получены новые научные данные:

разработана модель принятия решений по реагированию на ЧС при децентрализованной структуре управления, а также нечеткая и продукционная модель информационно-аналитической поддержки должностных лиц, принимающих управленческие решения в кризисных ситуациях.Отличительной особенностью является процедура выбора рационального варианта представления информации, а также поиск значения комбинаторной энтропии при ликвидации межрегиональной ЧС. Разработана онтологическая модель баз данных, отражающая структуру хранения информации при использовании системы информационно-аналитической поддержки;

разработаны алгоритмы информационно-аналитической поддержки деятельности должностных лиц ЦУКС МЧС России. Отличительной особенностью является разработанный алгоритм принятия решений при децентрализованной структуре управления, содержащий минимизацию целевых функций и расчёт комбинаторной энтропии. Представлены алгоритмы информационно-аналитической поддержки должностных лиц ЦУКС МЧС России и разработки соответствующей системы, позволяющие детально представить все этапы перехода к информационно-аналитической поддержке антикризисного управления. Предложен алгоритм выбора рациональной модели представления знаний, повышающий точность проектирования и разработки системы информационно-аналитической поддержки;

разработана онтологическая модель базы данных, а также система информационно-аналитической поддержки деятельности должностных лиц ЦУКС Отличительной особенностью является автоматизация этапов проектирования соответствующей системы и процедуры выдачи консультации, либо готового документа должностным лицам ЦУКС на основе разработанных продукционных и нечетких правил.

Теоретическая и практическая значимость работы:

предложены модели и алгоритмы информационно-аналитической поддержки деятельности должностных лиц ЦУКС МЧС России, сочетающие основные принципы системного подхода и инженерии знаний и позволяющие автоматизировать элементы информационно-аналитической поддержки должностных лиц ЦУКС МЧС России и процессы, связанные с проектированием и разработкой вспомогательных компонентов;

полученные результаты используются для поддержки принятия решений должностных лиц ЦУКС МЧС России различных уровней, что позволяет повысить оперативность и производительность выполнения поставленных задач и отработки соответствующей документации.

Методология и методы исследования основаны на теории вероятности и математической статистики, теории принятия решений, методах системного анализа, декомпозиции, инженерии знаний, теории эффективности, теории управления в организационно-технических системах.

Основные результаты, выносимые на защиту:

. Формализованная модель системы повседневного управления МЧС России с использованием информационно-аналитической поддержки должностных лиц, принимающих управленческие решения в кризисных ситуациях, на основе продукционных и нечетких логических моделей, включая в качестве элементов: модель выявления и анализа проблемных вопросов в деятельности должностных лиц ЦУКС, модель анализа информационной потребности должностных лиц ЦУКС, аналитическую модель процесса выявления перечня задач информационно-аналитической поддержки должностных лиц ЦУКС, концептуальную модель системы информационно-аналитической поддержки должностных лиц ЦУКС, комбинированную модель процесса выбора рациональной модели представления знаний, продукционную и нечеткую модель информационно-аналитической поддержки должностных лиц, принимающих управленческие решения в кризисных ситуациях, модель принятия решений по реагированию на ЧС при децентрализованной структуре управления.

. Алгоритмы информационно-аналитической поддержки должностных лиц, принимающих управленческие решения в кризисных ситуациях на базе продукционных и нечетких моделей, обеспечивающие повышение эффективности деятельности должностных лиц ЦУКС.

Степень достоверности основных полученных результатов обеспечивается корректной постановкой задачи, корректностью использования аппарата инженерии знаний, проверкой непротиворечивости результатов научного исследования результатам, полученным другими авторами и подтвержденных практическим применением, а также широкой апробацией на научных конференциях и семинарах.

Апробация результатов. Основные результаты, полученные в процессе проведенных исследований, обсуждались и получили одобрение на: VII Международной научно-практической конференции «Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы. Обеспечение безопасности при чрезвычайных ситуациях» (Санкт-Петербург, сентябрь 2015), Юбилейной международной научно-практической конференции «Транспорт России: проблемы и перспективы - 2015», посвященной 25-летию Института проблем транспорта им. Н.С. Соломенко РАН (Санкт-Петербург, ноябрь 2015), Юбилейной международной научно-практической конференции «Транспорт России: проблемы и перспективы - 2016» (Санкт-Петербург, декабрь 2016), Санкт-Петербургской ассамблеи молодых ученых и специалистов (Санкт-Петербург, декабрь 2016), XVI Международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире» (Санкт-Петербург, декабрь 2016), XIX Международной конференции «Наукоемкие технологии и интеллектуальные системы» (Москва, апрель 2017).

Реализация результатов исследования. Основные результаты диссертационной работы внедрены в научную деятельность Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России, учебный процесс Академии ГПС МЧС России, практическую деятельность должностных лиц ЦУКС Северо-Западного регионального центра МЧС России и ЦУКС Главного управления МЧС России по Псковской области. Внедрение результатов диссертационного исследования подтверждается соответствующими актами.

Публикации. По теме диссертации опубликована21 научная работа, 6-в научных журналах, 5-в рецензируемых научных изданиях из перечня ВАК Минобрнауки РФ, 4 программы для ЭВМ зарегистрированы в системе Роспатент.

1. Анализ необходимости внедрения средств информационно-аналитической поддержки антикризисного управления

.1 Общий анализ предметной области

Для эффективного управления силами и средствами в МЧС России созданы центры управления в кризисных ситуациях (ЦУКС) МЧС России [113]. ЦУКС функционирует в рамках автоматизированной информационно-управляющей системы (АИУС), обеспечивает ведение баз данных (БД) статистической и плановой информации в области защиты населения и территорий на уровнях органов повседневного управления РСЧС (рис. 1). Органы повседневного выполняют комплекс мер по обеспечению эффективного функционирования системы управления при предупреждении и ликвидации чрезвычайных ситуаций, обеспечении пожарной безопасности и безопасности людей на водных объектах с учетом особенностей регионов [47].