Содержание к диссертации
Введение
1. Проблема энергетической безопасности России и основные аспекты ее исследования 13
1.1. Основные задачи и цели исследования проблемы обеспечения энергетической безопасности 13
1.2. Основные виды угроз энергетической безопасности 16
1.3. Существующие методы исследования развития ТЭК с позиций энергетической безопасности 24
1.4. Существующие инструментальные средства для исследования развития ТЭК с позиций энергетической безопасности 38
2. Методология исследования вариантов развития ТЭК с позиций энергетической безопасности и формирование технологии создания системы поддержки индикативного анализа 48
2.1. Использование методов комбинаторного моделирования для формирования вариантов развития ТЭК и принципы их анализа с позиций энергетической безопасности 48
2.1.1. Схема проведения исследований 48
2.1.2. Основные методологические принципы 52
2.2. Применение индикативного анализа для выделения рациональных с позиций энергетической безопасности вариантов развития ТЭК 54
2.2.1. Общие положения 54
2.2.2. Пути определения рациональных и субрациональных с позиций энергетической безопасности траекторий развития ТЭК 61
2.3. Технология создания системы поддержки индикативного анализа энергетической безопасности России 64
2.3.1. Методические основы 64
2.3.2. Вопросы формирования основных составляющих системы поддержки индикативного анализа энергетической безопасности России 67
2.3.2.1. Подсистема расчета индикаторов энергетической безопасности 67
2.3.2.2. Среда для отображения графов развития ТЭК, сформированных с помощью методов комбинаторного моделирования, и их анализа с позиций энергетической безопасности 69
2.3.2.3. Подсистема индикативного анализа возможных состояний ТЭК 71
3. Разработка системы поддержки индикативного анализа энергетической безопасности России 76
3.1. Разработка среды для отображения графов развития ТЭК и их анализа с позиций энергетической безопасности 79
3.1.1. Применение системы исследования графов GUESS для отображения графов развития ТЭК и их анализа с позиций энергетической безопасности 79
3.1.2. Решение задачи поиска рациональной траектории развития ТЭК в многокритериальном пространстве 86
3.2. Разработка подсистемы индикативного анализа возможных состояний ТЭК 89
3.2.1. Обоснование выбора соответствующего программного обеспечения 89
3.2.2. Адаптация программного комплекса DashBoard для решения задачи проведения индикативного анализа возможных
состояний ТЭК 94
4. Апробация разработанного инструментария при анализе развития энергетики с позиций энергетической безопасности 101
4.1. Апробация среды для отображения графов развития ТЭК и их анализа с позиций энергетической безопасности 101
4.2. Апробация подсистемы индикативного анализа возможных состояний ТЭК 111
Заключение 114
Литература
- Существующие методы исследования развития ТЭК с позиций энергетической безопасности
- Применение индикативного анализа для выделения рациональных с позиций энергетической безопасности вариантов развития ТЭК
- Применение системы исследования графов GUESS для отображения графов развития ТЭК и их анализа с позиций энергетической безопасности
- Апробация подсистемы индикативного анализа возможных состояний ТЭК
Введение к работе
Актуальность работы. Начиная с 90-х годов прошлого столетия для России стала актуальной проблема обеспечения ее энергетической безопасности (ЭБ), вызванная сложившимся на тот период времени кризисом в энергетике в условиях нездоровой экономической ситуации в стране. В [1] ЭБ России характеризуется- как состояние защищенности ее граждан, общества, государства, экономики от обусловленных внутренними и внешними факторами угроз де-фицита в обеспечении их обоснованных потребностей в энергии экономически доступными топливно-энергетическими ресурсами (ТЭР) приемлемого качества в нормальных условиях и при чрезвычайных обстоятельствах, а также от нарушений стабильности, бесперебойности топливо- и энергоснабжения. В нормальных условиях указанное состояние защищенности соответствует обеспечению в полном объеме обоснованных потребностей, в чрезвычайных ситуациях - гарантированному обеспечению минимально необходимого объема потребностей.
Важным условием обеспечения ЭБ> России является высокая надежность систем энергетики (СЭ), их восприимчивость к реальным сегодня и в перспективе возможным угрозам ЭБ, под которыми понимаются неблагоприятные сочетания событий, процессов или явлений, способных нарушить требуемый режим функционирования СЭ и топливно-энергетического комплекса (ТЭК) в целом. Наиболее опасными, согласно [1], считаются так называемые «неординарные» угрозы ЭБ, уникальные по характеру развития и последствиям, компенсировать которые достаточно сложно различного рода превентимными мероприятиями. В то же время вероятность их интенсивного проявления достаточно мала. В настоящее время наибольшее внимание уделяется стратегическим угрозам ЭБ, способным сформировать устойчивую длительность дефицитности энергетического баланса страны, приводящую к ухудшению ее социально-экономического развития [2-4].
Основным направлением решения задачи обеспечения ЭБ России и ее регионов является учет требований ЭБ при исследовании перспектив развития
ТЭК страны, что получило наибольшее распространение в работах ИСЭМ СО РАН [2-5]. В ходе исследований отбираются рациональные с позиции ЭБ варианты и направления развития энергетики на основе анализа значений важнейших индикаторов ЭБ и их пороговых значений [6]. Индикаторы ЭБ - критериальные показатели, характеризующие уровень, состав и глубину угроз ЭБ. Сами исследования проводятся с помощью многоитерационных вычислительных экспериментов с использованием моделей функционирования и развития ТЭК страны, позволяющих комплексно оценить условия развития энергетики и предпочтительность сценариев ее развития.
Кроме того, в ИСЭМ СО РАН используется инструментарий для формирования направлений развития энергетики с использованием методов комбинаторного моделирования [7]. Множество направлений развития ТЭК в этом случае представлено в виде направленного графа развития ТЭК, каждый узел которого соответствует возможному состоянию ТЭК со своими особенностями топливо- и энергоснабжения, а дуга - траектории его развития со своей стоимостью развития. Каждое состояние ТЭК, характеризующее узел отдельного варианта развития энергетики на данном временном срезе, формируется путем различных сочетаний состояний отраслей ТЭК по федеральным округам в заданный момент времени. Показатели развития отраслей задаются сценариями их возможного развития по опорным годам.
В то же время не существует системы поддержки индикативного анализа ЭБ России, в рамках которой решались бы вопросы отображения графа развития ТЭК, анализа его состояний и траекторий с позиций обеспечения ЭБ. Кроме того, при разработке подобных вопросов до сих пор не была решена задача, характерная для комбинаторного моделирования - решение проблемы лавинообразного роста числа состояний в результирующем графе, что крайне затрудняет проведение экспертного анализа. Соответственно, важной составляющей анализа графов, сформированных с помощью методов комбинаторного моделирования, являются ограничения, накладываемые на вершины графа, позволяющие отбирать удовлетворяющие тем или иным характеристикам возможные состояния объекта исследования. При исследовании проблемы обеспечения ЭБ в ка-
честве ограничений выступают индикаторы ЭБ, а их фактические значения устанавливают степень жесткости отбора допустимых возможных состояний ТЭК.
Комплексный анализ всех траекторий развития ТЭК с позиций ЭБ крайне трудоемок, поэтому для окончательного анализа экспертам должен быть предложен определенный набор субрациональных по важнейшим индикаторам ЭБ траекторий, в пределах которых эксперты смогут выбрать рациональные направления развития энергетики с позиций требований ЭБ. Выбор рациональной с позиций ЭБ траектории развития ТЭК может быть организован с помощью методов многокритериальной оптимизации. Реализация же подобной подготовки графа развития ТЭК для последующего экспертного анализа возможна лишь в специализированном инструментарии для исследования графов развития ТЭК и проведения индикативного анализа состояний с позиций ЭБ.
Наглядность проводимого индикативного анализа перспективных состояний ТЭК, доступность его эксперту может быть обеспечена в рамках «аналитического» инструмента индикативного анализа,' в котором на уровне когнитивной графики [8] проводился бы детальный анализ возможных состояний ТЭК как в территориальном, так и во временном разрезах. В таком инструменте возможно учесть основные положения методики проведения" индикативного анализа (нормирование значений индикаторов ЭБ, сравнение величин значений индикаторов ЭБ с их пороговыми значениями, получение качественной оценки ситуации в том или ином аспекте функционирования и развития энергетики территорий). Такого инструментария для индикативного анализа возможных состояний ТЭК до сих пор предложено не было. В то же время для исследования других предметных областей подобное программное обеспечение в разное время разрабатывалось [9-18]. При этом в данном инструментарии использовались различные принципы проведения индикативного анализа.
На основании выше сказанного могут быть сформулированы основные цели диссертационной работы:
Разработка принципов использования методов индикативного анализа в исследованиях проблемы ЭБ с привлечением методов комбинаторного моделирования.
Адаптация специализированного программного обеспечения для представления результатов индикативного анализа ЭБ.
Разработка системы поддержки индикативного анализа энергетической безопасности России.
При этом на защиту выносятся и научную новизну составляют следующие основные положения:
Принципы учета требований ЭБ при анализе графов развития ТЭК, созданных с помощью методов комбинаторного моделирования.
Модель интегрированной среды для отображения графов развития ТЭК и их анализа с позиций ЭБ.
Методика адаптации специализированного программного обеспечения для решения задачи отображения результатов индикативного анализа ЭБ.
4. Система поддержки индикативного анализа ЭБ России.
Практическая значимость. На основе предложенных принципов учета требований ЭБ при анализе графов развития ТЭК, модели интегрированной среды для отображения графов развития ТЭК и их анализа с позиций ЭБ, методики адаптации специализированного программного обеспечения для решения задачи отображения результатов индикативного анализа ЭБ России была разработана система поддержки индикативного анализа ЭБ России. Данная система разрабатывалась в рамках программно-вычислительного комплекса (GDR) «Корректива», предназначенного для корректировки направлений развития ТЭК России и ее регионов с позиций обеспечения ЭБ. В этом комплексе реализованы этапы формирования графа развития ТЭК и его расчета на основе балансовой экономико-математической модели ТЭК России, включающей блоки электроэнергетики, тепло-, газо-, мазуто- и углеснабжения и нефтепереработки. В то же время в данном ПВК отсутствовали:
- блок анализа возможных состояний (узлов графа) и направлений (траекторий графа) развития ТЭК с позиций ЭБ;
блок наглядного представления результатов вычислительных экспериментов и система поддержки их экспертного анализа. Разработанная система поддержки индикативного анализа ЭБ России включает в себя подсистему расчета индикаторов ЭБ, среду для отображения графов развития ТЭК и их анализа с позиций ЭБ, подсистему индикативного анализа возможных состояний ТЭК.
В среде для отображения графов развития ТЭК и их анализа с позиций ЭБ реализованы:
возможность проведения анализа узлов и траекторий графа по выбранному набору индикаторов ЭБ;
поддержка выбора рациональной и субрациональных с позиций ЭБ траекторий развития ТЭК.
В рамках данной среды организовано взаимодействие с компонентами ПВК «Корректива».
В разработанной подсистеме индикативного анализа состояний ТЭК с использованием элементов когнитивной графики реализован детальный анализ индикаторов ЭБ для каждого возможного перспективного состояния энергетики страны и ее регионов, в том числе на уровне обобщенных оценок индикаторов. Значения индикаторов ЭБ и их оценки определяются в подсистеме расчета индикаторов ЭБ.
Использование в ПВК «Корректива» разработанной системы поддержки индикативного анализа ЭБ России позволило в наглядном виде с использованием принципов индикативного анализа исследовать возможные варианты и направления развития энергетики России и ее регионов с позиций ЭБ, создавая тем самым базу для экспертных оценок в отношении принятия решений по предпочтительности тех или иных направлений учета требований ЭБ при реализации таких вариантов.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на конференциях научной молодежи ИСЭМ СО РАН в 2005 - 2007 г., X Байкальской Всероссийской конференции «Информационные и математические технологии в науке, технике, образовании», XI международной конференции «Информационные и
математические технологии в научных исследованиях». Основные результаты опубликованы в [19-22].
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения.
Во введении обоснованы актуальность исследования проблемы обеспечения ЭБ России и ее регионов, необходимость совершенствования существующего инструментария для исследования развития энергетики с применением методов комбинаторного моделирования; аргументирована необходимость разработки системы поддержки индикативного анализа ЭБ, включающую подсистему расчета индикаторов ЭБ, интегрированную среду для отображения графов развития ТЭК и их анализа с позиций ЭБ, подсистему индикативного анализа возможных состояний ТЭК.
В первой главе раскрыта суть проблемы ЭБ России и ее регионов, дана характеристика угроз ЭБ, в том числе стратегических, способных сформировать устойчивый дефицит топливно-энергетического баланса (ТЭБ) России в перспективе. Также дано описание методов и моделей, используемых для оценки . направлений развития энергетики страны и ее регионов с позиций ЭБ. В заключительной части главы представлен исторический обзор инструментария для исследования развития энергетики России и ее регионов.
Во второй главе описывается и анализируется методика проведения исследований развития энергетики России и ее регионов с учетом требований ЭБ с привлечением методов комбинаторного моделирования. Здесь же представлена методика проведения индикативного анализа, по результатам которого определяется качественная оценка уровня ЭБ территорий, а также основные принципы выделения рациональных и субрациональных с позиций ЭБ состояний и траекторий развития ТЭК. В заключительной части главы изложены существующие до сегодняшнего дня проблемы наглядного представления результатов индикативного анализа, а также проведен анализ возможных путей решения поставленных проблем.
В третьей главе дано описание разработанного инструментария для организации анализа графов развития ТЭК с позиций ЭБ, в том числе проведения индикативного анализа возможных состояний ТЭК. Первая часть главы посвяще-
на вопросам разработки интегрированной среды для отображения графов развития ТЭК и их анализа с позиций ЭБ. Во второй части главы рассматривается использование специализированного программного комплекса для анализа развития стран мира, вопросы его адаптации для задачи проведения индикативного анализа возможных состояний ТЭК.
В четвертой главе приведены примеры апробации системы поддержки индикативного анализа ЭБ на примере выбора рациональных траекторий развития ТЭК при исследовании развития энергетики России и ее регионов с позиций ЭБ до 2020 года.
В заключении приведены основные результаты, полученные при выполнении данной работы, подчеркнута новизна и актуальность разработанного инструментария.
Существующие методы исследования развития ТЭК с позиций энергетической безопасности
Основная задача обеспечения ЭБ России и ее регионов - учет требований ЭБ при исследовании перспектив развития ТЭК страны. В ходе исследований отбираются рациональные с позиций ЭБ варианты развития ТЭК на основе анализа значений важнейших индикаторов ЭБ и их пороговых значений. Исследования проводятся с помощью многоитерационных вычислительных экспериментов (ВЭ).
Для учета фактора ЭБ в исследованиях существуют различные подходы. Наиболее рациональным можно считать подход, характеризующийся вклю чением критерия ЭБ в комплексный критерий эффективности, объединяющий критерии надежности и экономической эффективности. Наиболее подготовленным (инструментально и информационно) и в настоящее время используемым, является подход, при котором уже сформированные решения по развитию ТЭК корректируются в соответствии с требованиями ЭБ. Ядром исследований, являются экономико-математические модели и методы, позволяющие комплексно анализировать условия развития энергетики и оценивать предпочтительность сценариев ее развития [1, 33]. Схема проведения исследований включает:
- комплексную оценку последствий реализации различного рода воздействий на работу систем энергетики и ТЭК в целом, выявление слабых мест в системе топливо- и энергоснабжения потребителей и формирование возможных решений по обеспечению ЭБ страны и ее регионов;
- оценку вариантов развития ТЭК и систем энергетики с учетом требований ЭБ и обоснование мероприятий по ее обеспечению.
Для выявления возможных последствий от возмущений в системах энергетики, приводящих к изменениям в отраслевой структуре ТЭК, исследования должны проводиться для условий нештатных ситуаций на уровнях отдельных СЭ и ТЭК в целом (двухуровневая технология исследований при решении проблем ЭБ, предложенная в ИСЭМ СО РАН), что возможно при использовании иерархического подхода к построению экономико-математических моделей [23].
В моделях ТЭК используется первый уровень территориальной и технологической иерархии, соответствующий наиболее агрегированному представлению СЭ. При этом для каждого агрегированного уровня, моделирующего географическую зону, объединенную систему или их части, могут быть учтены отдельные наиболее крупные энергетические объекты, относительно мелкие объекты обычно не выделяются и учтены суммарно усредненными характеристиками. Связи между выделенными крупными объектами внутри узлов не учитываются, а связи между узлами суммарно отражают реальные взаимосвязи меж ду объектами СЭ.
На уровне отраслевых СЭ модели различаются более или менее детальным представлением структурных и технологических свойств этих систем, а также состояний и поведения энергообъектов и потребителей при возмущениях (второй уровень территориальной и технологической иерархии). Для решения некоторых задач может потребоваться определенная детализация структуры системы или разукрупнение (декомпозиция) агрегированных узлов и связей первого уровня территориальной и технологической иерархии.
На уровне ТЭК условия функционирования СЭ моделируются по годам, а на уровне отраслевых СЭ имеет место суточное моделирование этих условий. Такое согласованное двухуровневое моделирование позволяет исследовать особенности работы СЭ в ТЭК и на системном уровне.
В качестве исходной базы при решении задачи выбора рациональных с позиций ЭБ направлений развития ТЭК и СЭ выступают набор потенциально возможных угроз ЭБ и набор .допустимых вариантов развития ТЭК, каждый из которых по сути дела является схемой регионального и отраслевого взаимодействия, отражающей различные направления формирования ТЭБ и структуры ТЭК. Требуется выявить один или несколько наиболее предпочтительных с позиций ЭБ вариантов.
Общая формулировка задачи поиска рациональных направлений развития ТЭК и СЭ с учетом требований ЭБ звучит следующим образом: для всего множества сценариев развития ТЭК в течении периода времени Т выявить рациональные сценарии развития и оптимальный набор возможных средств и мероприятий по обеспечению требуемого уровня ЭБ при условии возможной реализации прогнозируемого полигона угроз и опасностей. Исходная информация для данной задачи представлена:
- набором мероприятий по обеспечению ЭБ и их технико-экономическими показателями (изменение структуры и свойств, резервные мощности, запасы ТЭР, повышение их взаимозаменяемости у потребителей и пр.);
Применение индикативного анализа для выделения рациональных с позиций энергетической безопасности вариантов развития ТЭК
Для учета требований ЭБ в исследованиях ТЭК в [1, 25, 27, 70] предложено использовать систему мониторинга и индикативного анализа (МИА) ЭБ, что позволяет: - выявить состав, характер, остроту угроз ЭБ, особенности конкретных проявлений этих угроз в настоящее время и прогнозируемых на перспективу; - оценить существующий и ожидаемый уровень ЭБ России и каждого ее региона, степень защищенности их «энергетических интересов»; - подготовить информацию для обоснования и выбора решений о реализации мер по обеспечению ЭБ, по предупреждению и противодействию угрозам ЭБ, а также для учета фактора ЭБ при обосновании стратегии развития ТЭК и систем энергетики.
При этом мониторинг ЭБ обеспечивает:
1. Отслеживание процессов и состояний, с позиций выявления угроз ЭБ и узких мест, в сферах энергоснабжения и энергопотребления и в-сферах непосредственно связанных с процессами топливо- и энергоснабжения.
2. Оценку или расчет значений индикаторов ЭБ для отслеживаемых состояний. Часть этих индикаторов может быть результатом простого расчета (суммирования, усреднения данных и т.п.) на базе первичных статистических данных; другая часть формируется как интегральные (обобщающие) показатели.
Индикативный анализ опирается на сравнение значений индикаторов с их пороговыми или предельно допустимыми значениями и подготовку на этой основе соответствующих выводов и рекомендаций. Приближение наблюдаемых или рассчитываемых значений индикаторов к их пороговым значениям можно считать сигналом угрозы нарушения или опасного ослабления ЭБ страны и ее регионов. Нормативы пороговых значений, рассматриваемые как некий инструмент, сигнализирующий о грядущей опасности или «подступа» к ней, определяются экспертно, и степень их жесткости зависит от уровня экономического и социального развития страны, регионов, и их географического местоположения, от предъявленных требований к надежности и бездефицитности энергоснабжения [1,34,71].
Объекты исследования в индикативном анализе: системы топливо- и энергоснабжения и энергопотребления и их внешние связи с выделением в качестве основных технологических сегментов систем снабжения - потребления электроэнергии, теплоэнергии, КПТ. Каждому из этих объектов соответствует значительное число индикаторов, многочисленность которых обусловлена: - многоотраслевым характером ТЭК и соответствующим разнообразием энергоносителей и технологий; - еще большим разнообразием потребителей ТЭР и энергопотребляющих процессов; - многоаспектностью анализа в рамках одного объекта мониторинга ЭБ; - необходимостью отслеживать и анализировать во многих случаях факти ческие значения показателей и их ожидаемые значения в кратко- и долгосрочной перспективе. Индикаторы текущего состояния характеризуются однозначными (более или менее точными) количественными оценками, а индикаторы ожидаемых состояний описываются вариантными наборами количественных оценок, соответствующих разным сценариям развития энергетики.
Состав индикаторов ЭБ, рассматриваемых в трудах по проблеме ЭБ, различен. В [1, 70,71] они используются: - для анализа на федеральном и региональном уровнях ситуации с обеспе чением ЭБ в разных отраслевых системах энергообеспечения; - для решения задач обеспечения ЭБ, исследования и обоснования выбора тех или иных предложений по развитию энергетики и управлению ее с учетом фактора ЭБ. В настоящее время в процедуре индикативного анализа используются только основные индикаторы, удовлетворяющие двум требованиям: в совокупности они должны покрывать весь объем информационных потребностей задач обеспечения ЭБ; каждый индикатор, их совокупность должны обеспечить максимально возможную достоверность информации. Из всего набора индикаторов в [70-72] было выделено 10 важнейших индикаторов ЭБ, характеризующих следующие области мониторинга: производственная и ресурсная обеспеченность системы топливо- и энергоснабжения региона, живучесть систем топливо- и энергоснабжения региона, состояние основных производственных фондов (ОПФ) систем энергетики на территории региона. Важнейшие индикаторы ЭБ, распределенные по блокам самообеспеченности, живучести системы топливо- и энергоснабжения, состояния основных производственных фондов, представлены ниже.
Применение системы исследования графов GUESS для отображения графов развития ТЭК и их анализа с позиций энергетической безопасности
Как отмечалось выше, проведение анализа графа развития ТЭК с позиций ЭБ крайне затруднительно без специальной среды для отображения и анализа графов развития ТЭК. Основные требования к этому инструментарию в конечном итоге сводятся к визуализации направленных графов больших размеров, анализу узлов и дуг графов по наиболее важным аспектам функционирования энергетики страны и ее регионов с позиций ЭБ [75]. Основным объектом исследования в этом случае выступает непосредственно граф развития ТЭК. Поэтому отправной точкой в разработке данного инструментария послужили существующие наработки в области визуализации и обработки графов [76-78].
Существует достаточно широкий спектр программ для работы с графами. В большинстве своем они специализированы, либо с позиций предметной области (графы «снабжены» определенной специфичной семантикой), либо с позиций отдельных аспектов работы с графами (например, система может быть ориентирована на подготовку иллюстраций или на испытание алгоритмов расположения графов). Многие системы имеют ограничения на структуру графа, или на определенный тип графа. В основе этих систем в большинстве случаев лежат универсальные библиотеки для работы с графами, позволяющие достаточно эффективно решать весь спектр задач теории графов. Наибольшее распространение получили объектно-ориентированные библиотеки для работы с графами, в которых легко решается проблема «привязки» данных к вершинам и дугам графа.
Наиболее известная библиотека - библиотека LEDA (Library of Efficient Data types and Algorithms) [79-80], написанная на языке C++. Она разрабатывалась в Германии с 1988 года и предназначалась для создания программ для дискретной математики. В ней реализованы решения ряда комбинаторных, алгебраических, теоретико-графовых задач, средства графического ввода/вывода.
Библиотека явно поддерживает ориентированные и неориентированные графы в виде списков вершин/дуг графа и списков смежности. Вид графа задает набор атрибутов для его вершин и дуг, определяет какие методы можно применять к этому графу, может повлиять на выполнение этих методов (например, метод поиска наикратчайшего пути между заданными вершинами графа выполняется по разному для ориентированных и неориентированных графов). Библиотека хорошо документирована. Для каждого класса приводится полная спецификация, для алгоритмов - теоретические оценки сложности.
Наиболее успешный проект по развитию библиотеки LEDA - библиотека BGL (Boost Graph Library) [81] для построения структур данных и алгоритмов вычислений на графах. Проект был начат участниками рабочей группы Library Working Group комитета по стандартизации C++ для создания свободных, переносимых библиотек для сообщества разработчиков на C++. BGL входит в состав библиотеки Boost Libraries, значительно расширяющей возможности стандартных библиотек C++. Данный проект был выполнен с претензией на последующую стандартизацию.
Полностью коммерческими разработками в области универсальных средств визуализации графов являются библиотеки GLT и GET (Graph Layout Toolkit и Graph Editor Toolkit), продукты компании Tom Sawyer Software [82]. GLT представляет собой библиотеку, включающую компоненты отрисовки графов, предназначенные для интеграции в любые приложения, использующие графический интерфейс. GET является расширением GLT, предназначенным для визуализации графов в приложениях Windows. Для демонстрации работы этих библиотек компания-разработчик предлагает универсальный графовый редактор, ориентированный на работу с графами, представляющими компьютерные сети. Система имеет удобный интерфейс и сравнительно хорошие графические возможности.
Среди бесплатных библиотек, написанных на C++, можно выделить библиотеку tulip [83], на которой построена демонстрационная программа отрисовки графов Tulip. В библиотеке реализована возможность отрисовки трехмерных графов.
Наиболее развитой библиотекой для работы с графами, написанной на языке Object Pascal, является библиотека AGraph [84]. При создании этой библиотеки в качестве основных целей были поставлены обеспечение универсальности и простоты ее использования. Базовая структура данных и алгоритмов в AGraph разрабатывалась самостоятельно, наиболее общие операции над графами и его элементами реализованы аналогично другим библиотекам для работы с графами. Внутреннее представление графов в библиотеке комбинированное, объединяет представление графа в виде списков вершин/дуг и списков смежности. Атрибуты вершин и дуг графа имеют уникальные имена и тип, могут создаваться динамически для всех выбранных вершин (дуг) графа и локально для отдельных вершин (дуг) графа. Поддержка различных видов графа в библиотеке решена с помощью определенного набора свойств графа, которые соответствуют конкретным видам графа. Текущая версия библиотеки поддерживает деревья, ориентированные и взвешенные графы.
Большое количество библиотек для работы с графами написано на языке Java. Здесь можно упомянуть библиотеки JUNG (Java Universal Network/Graph) [85], yFiles [86], JGraph [87]. Это достаточно мощные, хорошо документированные библиотеки. JGraph хорошо совместим со стандартами Java, достаточно эффективен и прост в использовании, распространяется с открытыми исходными кодами. На его основе был выполнен первый редактор диаграмм с открытым кодом Graphpad. JUNG, также свободно распространяемый с открытыми исходными кодами, - гибкая и мощная библиотека для обработки, анализа и визуализации графов и сетей. Библиотека позволяет работать в том числе с мульти- и гиперграфами, поддерживает распределенный анализ взаимосвязанных данных.
Апробация подсистемы индикативного анализа возможных состояний ТЭК
Для работы подсистемы индикативного анализа возможных состояний ТЭК с помощью средств Microsoft Excel формируется шаблон исходных данных, из которого вызывается непосредственно сама подсистема. Пример шаблона, созданного для анализа одного из возможных состояний ТЭК, показан на рис. числовым интервалам согласно ранее предложенному способу преобразования данных. После активизации подсистемы эти данные автоматически переводятся в баллы, с позиций которых и проводится дальнейший анализ индикаторов ЭБ. Основной формой представления анализа является секторные диаграммы. Для нашего примера они строятся для двух индикаторов ЭБ, идентифицируют нормальную, предкризисную или критическую ситуации. На рис. 4.9 показаны диаграммы для трех федеральных округов. Над диаграммами расположена шкала распределения цветов с перемещаемой стрелкой, по положению которой можно отследить «склонность» состояния к наихудшему или наилучшему состоянию дел в том или ином аспекте функционирования энергетики. Центральный сектор диаграммы соответствует интегральной оценке уровня ЭБ по двум текущим индикаторам ЭБ. На рис. 4.10 справа представлена распределенная диаграмма оценки состояний энергетики (по цвету) России и ее федеральных округов по индикатору «Доля собственных первичных ТЭР в потреблении КПТ на территории». Чем выше расположен узел диаграммы, тем лучше состояние энергетики в соответствующем регионе. Рядом предложены балльные оценки индикатора ЭБ по федеральным округам.
Индикаторы в данном примере в силу их недостаточности не объединены в группы и используются без весовых коэффициентов их приоритетности. Однако при подключении большего числа индикаторов, и их групп подсистема может быть более информативной.
Рассмотренные в главе программные компоненты и представляют заявленную в работе систему поддержки индикативного анализа ЭБ России. Работоспособность созданного автором инструментария подтверждается возможностью проведения анализа в области выполняемых исследований с помощью ПВК «Корректива» и адекватностью результатов проведенных исследований экспертным оценкам.
При выполнении данной работы были получены следующие основные результаты:
1. Разработаны принципы учета требований ЭБ при анализе графа развития ТЭК, созданного с помощью методов комбинаторного моделирования.
2. Выявлены требования к системе поддержки индикативного анализа ЭБ России, включая требования - к среде для отображения графов развития ТЭК и их анализа с позиций ЭБ; - к подсистеме индикативного анализа возможных состояний ТЭК.
3. Разработаны технология создания системы поддержки индикативного ана лиза ЭБ России, включающая: - технологию создания среды для отображения графов развития ТЭК и их анализа с позиций ЭБ; - методику адаптации существующего программного обеспечения индикативного анализа на примере программного комплекса DashBoard.
4. Предложена модель подсистемы отображения графов развития ТЭК и их анализа с позиций ЭБ.
5. На основе предложенной технологии в рамках ПВК «Корректива» разработана система поддержки индикативного анализа ЭБ России, включающая подсистему индикативного анализа возможных состояний ТЭК, среду для отображения графов развития ТЭК и их анализа с позиций ЭБ, подсистему расчета индикаторов ЭБ.
6. В разработанной среде для отображения графов развития ТЭК и их анализа с позиций ЭБ реализованы: - анализ возможных состояний ТЭК и направлений его развития по важнейшим индикаторам ЭБ с привлечением графических решений; - поддержка выбора рациональной с позиций ЭБ траектории развития ТЭК; - взаимодействие с подсистемой индикативного анализа возможных состояний ТЭК и подсистемой расчета индикаторов ЭБ.
7. В разработанной подсистеме индикативного анализа возможных состояний ТЭК реализована возможность проведения детального анализа индикаторов ЭБ возможных перспективных состояний ТЭК.
8. Разработанная система поддержки индикативного анализа ЭБ России была апробирована в рамках базового проекта ИСЭМ СО РАН «Обоснование направлений развития энергетики России с позиций ЭБ на перспективу до 2020 года». При апробации проведены исследования путей развития энергетики России и ее федеральных округов на период 2005-2020 год по пятилеткам с учетом заданных потребностей в ТЭР для оптимистического и умеренного сценариев развития энергетики. В ходе исследования были выбраны допустимые по состоянию анализируемых индикаторов траектории развития ТЭК, среди которых экспертно выделены более приоритетные с позиций ЭБ направления развития энергетики России и ее федеральных округов.
