Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Основные задачи и особенности функционирования компьютерных систем поддержки управлении ликвидацией последствий радиационного воздействия
1.1 Управление ликвидацией последствий радиационного воздействия и системы поддержки принятия и согласования решений 13
1.2 Базовые представления и понятийные средства проектирования систем поддержки принятия решений в аварийных ситуациях 32
Выводы 68
Глава 2. Архитектура компьютерных систем поддержки принятия решений по управлению ликвидацией последствий радиационного воздействия
2.1 Структура и типы систем поддержки принятия решений в аварийных ситуациях 71
2.2 Компьютерная поддержка переговоров по управлению ликвидацией последствий радиационного воздействия 92
2.3 Применение систем поддержки принятия решений при ассимиляции данных и оценке неопределенности 121
Выводы 130
Глава 3. Компьютерная ассимиляция, согласование данных и оценка неопределенности в анализе ситуаций, возникающих вследствие радиационного воздействия .
3.1. Компьютерная ассимиляция экспертных данных и оценка неопределенности при прогнозировании на основе линейных моделей 132
3.2. Компьютерная ассимиляция и согласования данных на основе алгебраических процедур 146
3.3 Подсистема согласования и оценки неопределенности экспертных предпочтений при оценке возможных решений методом интерполяции функции предпочтения 152
3.4 Подсистема ассимиляции данных измерения мощности дозы облучения при моделировании атмосферного переноса радионуклидов 169
Выводы 179
Глава 4. Применение систем поддержки принятия решений при согласовании класса аварии на радиацинно-онасном объекте
4.1 Шкалы классификации класса аварии на радиационно-опасном объекте 181
4.2 Применение СППР для согласования оценок при определении класса аварии но шкале INES 183
4.3 Применение СППР для согласования оценок при определении класса аварии по шкале РФ 193
4.4 Пример применения СППР для согласования оценки класса аварии 204
Выводы 207
Глава 5. Компьютерная система поддержки принятия групповых решений по ликвидации последствий радиационного воздействия
5.1 Генерация и согласование сценариев применения контрмер по защите населения с помощью системы поддержки принятия решений 208
5.2 Интерактивное взаимодействие экспертов и СППР при выборе согласованного сценария применения контрмер для всей поражеітой территории 263
5.3 Компьютерная система подготовки согласованных рекомендаций по экстренным мерам защиты в случае радиационной аварии на АЭС 279
Выводы 305
Заключение 307
Список литературы
- Базовые представления и понятийные средства проектирования систем поддержки принятия решений в аварийных ситуациях
- Компьютерная поддержка переговоров по управлению ликвидацией последствий радиационного воздействия
- Компьютерная ассимиляция и согласования данных на основе алгебраических процедур
- Применение СППР для согласования оценок при определении класса аварии но шкале INES
Введение к работе
Актуальность. Вычислительная техника находит все более широкое применение в задачах управления вообще и в задачах управления ликвидацией последствий чрезвычайных ситуаций, в частности. Развиваются распределенные системы, позволяющие осуществить легкий доступ к информации, находящейся в удаленных друг от друга местах и объединяющие различные информационные и управляющие системы друг с другом. В большинстве случаев руководители уже не принимают серьезных решений без использования компьютерного анализа обстановки и оценки вариантов решений. Тем не менее, возможности компьютерных систем полностью не используются.
Анализ причин недостаточно эффективного использования компьютерных систем для управления ликвидацией последствий чрезвычайных ситуаций позволил сформулировать, по крайней мере, три требования, которым должны отвечать системы поддержки принятия решений (СППР):
• помогать руководителю на всем протяжении выполнения задачи от анализа ситуации и формулировки цели до выработки исходного сценария и сценариев, реализуемых в динамике выполнения задачи, находя адекватные ответы на изменение ситуации;
• сочетать оценки и решения, полученные уже устоявшимися (или вновь разработанными) .математическими методами с субъективными оценками, сделанными на основе знаний, опыта и интуиции руководителя;
• способствовать выработке групповых решений, то есть обеспечивать согласование мнений и оценок экспертов при выработке совместного решения.
Опыт использования систем показывает, что хотя мы и говорим о компьютерной поддержке принятия управленческих решений, т.е. об использовании формальных оценок и расчетов, роль личных качеств руководителя (эксперта) - его интеллект, субъективные оценки, эрудиция, умение находить решение и т.п. - не уменьшается, а может быть, даже возрастает. Это связано с тем, что на решение руководителя сильнейшее влияние оказывают его субъективные предпочтения, поэтому и предложенных компьютером вариантах решений руководитель должен видеть их тщательный учет, а не «абстрактное оптимальное» предложение, далекое от его интересов.
Особенность процесса принятия решений в случае ядерных аварий состоит в том, что максимального эффекта от принимаемы): решений можно достичь в начальный период (ранней фазе) аварии. Кроме того, принимаемые решения имеют коллективный характер или, по крайней мере, решение руководителя неизбежно опирается на мнения экспертов и специалистов по отдельным проблемам. Указанное обстоятельство в значительной степени осложняет процесс принятия решений руководителем, так как ставит в его перед необходимостью учета и согласования противоречивых мнений и предложений специалистов. Поддержку процесса принятия решений в условиях острой нехватки времени и противоречивых мнений призвана обеспечить компьютерная система поддержки принятия согласованных решений, работающая практически в реальном масштабе времени.
Несмотря на значительное число научных работ и пакетов программ поддержки принятия решений, не существует единого комплекса методов, алгоритмов и программ, обеспечивающего эффективную поддержку согласования решений по аварийному реагированию от момента возникновения аварии до принятия решений по реализации набора контрмер, направленных на ликвидацию последствий радиоактивного загрязнения окружающей среды. Подобный единый комплекс должен обеспечивать:
• анализ, обработку, систематизацию и согласование противоречивой информации о состоянии загрязнения природных сред;
• решение задач ассимиляции данных о складывающейся ситуации для снижения неопределенности результатов моделирования развития ситуации, в том числе процессов переноса и трансформации загрязняющих веществ в природных средах;
• восстановление пространственно-временной картины процесса загрязнения, подготовку и согласование кратковременных и долгосрочных прогнозов ее изменения;
• генерацию и согласование вариантов решений о применении тех или иных контрмер, моделирование последствий, отбор и согласование лучших вариантов и представление их руководителю для окончательного решения.
Таким образом, важность задач, решаемых системой поддержки принятия согласованных решений в чрезвычайных ситуациях, связанных с аварийным загрязнением окружающей среды, отсутствие единой методологии и эффективных программных инструментов их решения в реальном масштабе времени, определяют актуальность и целевую направленность теоретических и прикладных исследований диссертации, решающих крупную научную проблему комплексной поддержки принятия согласованных решений по аварийному реагированию.
Цели работы. Основными целями диссертационной работы являются: 1. Разработка комплекса моделей, теоретических и методических основ построения компьютерных систем поддержки принятия групповых решений в аварийных ситуациях, связанных с радиоактивным загрязнением окружающей среды, позволяющих: • осуществлять функционально-структурное проектирование и тестирование процессов, обеспечивающих поддержку принятия и согласования решений;
• разрабатывать алгоритмическое и. программное обеспечение для решения задач, связанных с поддержкой принятия групповых решений.
2. Разработка принципов построения моделей, алгоритмов и программных средств системы поддержки принятия решений при ядерных авариях, обеспечивающих:
• диагноз и прогноз развития чрезвычайной ситуации, в том числе, решение задач ассимиляции данных о складывающейся ситуации для снижения неопределенности результатов моделирования ее развития;
• генерацию и согласование возможных противоаварийных действий;
• согласование экспертных оценок вариантов действий с целью определения наиболее приемлемого для реализации в аварийной ситуации;
• согласование принимаемых решений по противоаварийному реагированию.
3. Создание на основе разработанных принципов компьютерной подсистемы ассимиляции данных о складывающейся аварийной ситуации и обеспечивающей снижение неопределенности результатов моделирования развития ситуации.
4. Создание на основе разработанных принципов компьютерной системы генерации и согласования решений, связанных с реализацией противоаварийных мероприятий и защитой населения в случае ядерной аварии.
5. Исследование на практике эффективности созданной компьютерной системы поддержки принятия групповых решений, эффективности заложенных в ней методов и алгоритмов подготовки решений.
При этом, решение крупной научно-технической проблемы - создание единой государственной автоматизированной системы контроля радиационной обстановки на территории Российской Федерации (ЕГАСКРО), обеспечивается за счет теоретического обобщения и исследования проблем и прикладных задач поддержки принятия решений в области аварийного реагирования, стоящих перед органами государственной исполнительной власти различного уровня и администрациями радиационно-опасных предприятий.
Методы исследования. Проведенные теоретические и прикладные исследования базируются на методах системного анализа, методах теории множеств, теории графов, методах математической статистики, методах оптимизации систем, методах теории выбора и многокритериальной оптимизации.
Научная новизна. Научная новизна работы заключается: 1. в разработке и исследовании теоретических и методических основ построения систем поддержки принятия согласованных решений в аварийных ситуациях, связанных с радиоактивным загрязнением окружающей среды, позволяющих осуществлять функционально-структурное проектирование и тестирование процессов поддержки принятия согласованных решений;
2. в создании комплекса программных средств решения задач, связанных с информационным обеспечением и реализацией процесса поддержки принятия согласованных решений аварийного реагирования и защиты населения в случае радиационного загрязнения окружающей среды, включая:
• анализ и прогноз аварийной обстановки,
• генерацию и согласование возможных сценариев противоаварийных действий,
• построение согласованной оценки эффективности их применения в прогнозируемых условиях развития аварии с учетом экспертных предпочтений;
3. в разработке принципов построения, моделей и алгоритмов комплекса программных средств системы поддержки принятия согласованных решений при ядерных авариях в части ассимиляции, согласования данных и оценки неопределенности при анализе ситуаций, возникающих вследствие загрязнения окружающей среды, в том числе:
• разработке методологии ассимиляции, согласования и оценки неопределенности экспертных данных при прогнозировании на основе детерминированных линейных моделей;
• разработке процедуры ассимшиция экспертных данных при прогнозировании на основе множества моделей;
• разработке процедуры согласования экспертных суждений на основе алгебраического подхода;
• разработке процедуры согласования и оценки неопределенности экспертных предпочтений при оценке возможных решений методом интерполяции функции предпочтения.
4. в разработке и исследовании согласованных методов планирования применения мер защиты с учетов предпочтений экспертов и руководителя;
5. в разработке и реализации методов генерации и согласования решений, оценки применимости возможных сценар; гв противоаварийных действий на основе предпочтений руководителя и экспертов, позволяющих учитывать как неопределенности в предпочтениях экспертов, так и неопределенности атрибутов оцениваемых альтернатив.
Достоверность. Достоверность научных положений, выводов и практических результатов, полученных в диссертационной работе, подтверждена:
• результатами практической проверки методов, алгоритмов и программного обеспечения с использованием разнообразных реальных данных, • существующих аналитических решений и специально разработанных тестов на основе существующих методик,
• корректным обоснованием и анализом моделей, а также результатами использования разработанных в диссертации математических алгоритмических и программных методов и средств.
Внедрение и реализация результатов работы. Разработанные методы, алгоритмы и программные средства поддержки принятия решений вошли в состав математического и программного обеспечения общеевропейской системы RODOS поддержки принятия решений при ядерных авариях, создаваемой под эгидой Европейской комиссии, а также в состав математического и программною обеспечения созданной в НПО «Тайфун» Росгидромета компьютерной системы RECASS поддержки принятия решений в чрезвычайных ситуациях, связанных с аварийным радиоактивным загрязнением окружающей среды
Разработанные методы и программные средства прошли комплексную проверку в 1999-2000 гг. в рамках проекта ТАСИС № TAREG 02/04 Европейской Комиссии при проведение на базе Учебного центра ФЭИ, г. Обнинск деловых игр по обучению управлению аварийными ситуациями за пределами санитарно-защитпой зоны радиационно-опасного объекта.
Разработанные методы и программные средства прошли комплексную проверку в 2002-2003 гг. в рамках командно-штабных противоаварийных учений на Курской АЭС (24-26 сентября 2002 г.) и командно-полевых учений на Смоленской АЭС (24-25 сентября 2003 г.), проводившихся Концерном РОСЭНЕРГОАТОМ.
Апробации работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались:
• па Третьей международной конференции по вычислительной физике, проводившейся под эгидой 1MACS (III-1MACS Int. Confernce on computational Physics, Lyngby, Denmark, 1994);
• на Всероссийской научно-практической конференции «Состояние и развитие Единой государственной автоматизированной системы контроля радиационной обстановки на территории Российской Федерации;-, Обнинск, 2001 г.;
• на «Второй международной конференции по проблемам управления», Москва, 2003 г;
• on International Symposium "Off-site Nuclear Emergency Management, Capabilities and Challenges, Salzburg, Austria, 29 Sepiember to "3 October 2003.
• на «Четвертой Международной научно-технической конференции "Безопасность, эффективность и экономика атомной энергетики"» - МНТК-2004 (Москва, ВНИИ АЭС, 16-17 июня 2004 г.)
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 37 работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 316 страницу машинописного текста, 125 рисунков, 51 таблицу, список литературы из 136 наименований.
Содержание работы по главам
В первой главе рассматриваются основные задачи и особенности функционирования систем управления ликвидацией последствий радиационного воздействия и анализируются существующие подходы к разработке программного обеспечения систем поддержки принятия решений в области контроля состояния окружающей природной среды и, в частности, при решении задач связанных с выбором решений по снижению негативных последствий на состояние окружающей среды различных техногенных воздействий. Проведен методологический анализ исходных представлений и понятийных средств, обеспечивающих проектирование и внедрение систем поддержки принятия и согласования решений в аварийной ситуации. Сделан вывод о том, что при принятии решений в условиях ядерных аварий приходится учитывать большое число противоречивых требований и, следовательно, оценивать варианты решений по многим критериям. Противоречивость требований, неопределенность оценки ситуаций, ошибки в выборе приоритетов, различия в интересах участвующих в принятии решения специалистов являются факторами, значительно осложняющими принятие решений. В качестве основного способа, снижающего негативное влияние перечисленных факторов, предлагается использование и согласование субъективных оценок специалистов (экспертов, руководителя), определяющих его предпочтения.
Па основании проведенного анализа выработана общая концепция построения компьютерных систем поддержки принятия и согласования решений в аварийных ситуациях. С учетом этой концепции выработаны требования к функциям системы поддержки принятия и согласования решений в случае ядерной аварии.
Во второй главе рассматривается архитектура компьютерных систем поддержки принятия решений по управлению ликвидацией последствий радиационного воздествия.
Проанализирована типовая структура систем поддержки принятия и согласования решений (СППСР), в том числе СПГ .СР по управлению ликвидацией последствий радиоактивного воздействия. Выделены и сформулированы функции трех основных функциональных подсистем СППСР: подсистемы анализа и прогноза изменения радиационной обстановки (ПСА), подсистемы генерации решений по защите населения и окружающей среды в аварийной ситуации (ПСГ), подсистемы оценки и согласования предлагаемых сценариев действий (контрмер) и выбора наиболее приемлемого (ПСВ).
Рассмотрены вопросы компьютерной поддержки переговоров по управлению ликвидацией последствий радиационного воздействия. Проанализированы общие представления о роли компьютерных систем поддержки переговоров в подготовке и согласовании решений. Сформулировано положение о том, что компьютерная система поддержки переговоров предназначена для оказания помощи участникам, которая заключается в:
• сборе данных и компьютерной поддержке анализа аварийной обстановки, сложившейся перед обсуждением проблемы;
• определении своей позиции на предстоящих переговорах;
• организации связи всех участников переговоров вычислительной сетью;
• возможности наглядного и быстрого предоставления на экранах всей информации, необходимой при ведении переговоров с использованием мультимедийных средств;
• помощи в оценке приоритетов отдельных составляющих обсуждаемой проблемы на протяжении всего хода переговоров;
• предоставлении средств формализации предложений участников переговоров, включающих алгоритмы их оценки, ранжирования и моделирования последствий;
• облегчении выработки всеми участниками и группами участников переговоров общего взгляда или сближения различных точек зрения па обсуждаемую проблему;
• генерации компромиссных вариантов согласованных решений;
• интегральной оценке компромиссных вариантов, выбор и согласование лучших. Рассмотрены вопросы ассимиляции (усвоения системой), согласования данных и оценки неопределенности в анализе ситуаций, возникающих вследствие радиационного воздействия. Приведены основные схемы процедур ассимиляции данных. Рассмотрены способы представления неопределенностей при решении задач прогноза с использованием моделей
В третьей главе рассмотрены используемые на практике математические методы ассимиляции данных и оценки неопределенности - основанные на байесовской методологии; на схеме фильтра Калмана-Бьюси, а также изложен и исследован оригинальный метод ассимиляции, основанный на использовании систем линейных ограничений. Проведен анализ достоинств и недостатков перечисленных методов, на основании которого сделан вывод о том, что при решении практических задач ассимиляции данных встречаются ситуации, в которых представление неопределенностей на вероятностном языке невозможно. В таких случаях метод ассимиляции данных и экспертных оценок, основанный на применении линейных ограничений, является предпочтительным.
Для ситуаций, в которых прогнозирование развития аварийной ситуации можно осуществлять на основе множества различных моделей, предложен алгебраический подход для согласования результатов прогнозирования и ассимиляции экспертных суждений. Идеи алгебраического подхода использованы для разработки процедур построения общего согласованного экспертного суждения на основе отдельных суждений экспертов.
Разработаны и исследованы процедуры согласования и оценки неопределенности экспертных предпочтений при ранжировании возможных решений методом интерполяции функции предпочтения. Для решения проблемы ранжирования разработан и реализован метод, получившей название метода ранжирования статистических альтернатив, который позволяет учитывать неопределенности экспертных предпочтений, а также может применяться при групповом принятии решений.
Разработана и исследована процедура ассимиляции данных измерения мощности дозы внешнего облучения, осуществляющая корректировку направления и скорости ветра по результатам измерения мощности дозы внешнего облучения. Особенностью разработанной процедуры является ее автономный характер по отношению к прогностическим моделям атмосферного переноса и рассеяния радионуклидов. Разработанное программное обеспечение функционирует как часть системы прогнозирования атмосферного переноса и рассеяния радионуклидов с целью оценки сложившейся радиационной обстановки в ближней зоне радиационно-опасного объекта.
D четвертой главе рассмотрено применение разработанной методологии для построения компьютерной системы поддержки принятия решений при согласовании класса аварии на радиационно-опасном объекте, обеспечивающей поддержку руководителя при определении класса аварии в шкалах классификации чрезвычайных ситуаций - международной шкалы ядерных аварий (Шкала INES) и шкалы классификации чрезвычайных ситуаций в Российской Федерации (Шкала РФ). Многокритериальные оценки по шкалам INES и РФ сведены к единой оценке - классу аварии, которая характеризует аварийную ситуацию с позиций необходимого уровня сил и средств, привлекаемых для ее ликвидации.Предложена функциональная структура системы. Даются описания модулей входящих в предложенную систему и методов, лежащих в основе их функционирования. Алгоритм процесса подготовки и согласования вариантов решений построен на использовании алгебраического подхода при согласовании экспертных оценок. Продемонстрированы фрагменты пользовательского интерфейса СППР.
Пятая глава посвящена генерации и согласованию сценариев применения контрмер по защите населения с помощью СППР. Приведена функциональная структура системы. Даются описания модулей входящих в предложенную систему и методов, лежащих в основе их функционирования. Алгоритм процесса подготовки и согласования вариантов решений построен на использовании алгебраического подхода при согласовании экспертных оценок, построении оценок и согласовании весов экспертов, а также построении согласованных весов критериев, используемых для оценки вариантов решений. Разработан и реализован алгоритм построения и оптимизации плана реализации сценария применения мер защиты. В основу процедуры оптимизации плана положены критерии, отражающие дозовую нагрузку на население и материальные затраты на применения мер защиты. Приведены фрагменты пользовательского интерфеса СППР.
Рассмотрены вопросы организации интерактивного взаимодействия эксперта и СППР при выборе согласованного сценария применения контрмер для всей пораженной территории. Процедура согласования основывается на экспертных оценках не поддающихся формализации критериев: «социальные последствия применения мер защиты», «практическая реализуемость».
Приведено описание компьютерной системы для подготовки согласованных рекомендаций по экстренным мерам защиты в случае радиационной аварии на АЭС, основанной на концепции базовых вариантов. Необходимость создания системы обусловлена тем обстоятельством, что в случае радиационной аварии на АЭС существует достаточно длительный период времени (не менее нескольких часов), в течение которого подготовка рекомендаций по экстренным мерам защиты персонала и населения должна выполняться персоналом АЭС в отсутствии эффективной помощи со стороны. В такой ситуации решение об экстренных мерах защиты будет основываться, главным образом, на экспертных оценках того, что происходит, а не на объективной информации, получаемой за счет измерений за пределами площадки.
С целью эффективного решения проблемы подготовки рекомендаций по экстренным мерам защиты в первые часы после аварии силами персонала АС в Концерне «Росэнергоатом» разработано руководство, основанное на концепции базовых вариантов исходных данных. Каждому базовому варианту радиационных последствий возможных аварий на АЭС ставится в соответствие набор рекомендаций по экстренным мерам защиты. Разработанная СППР обеспечивает решение следующих задач:
оказывает поддержку в согласовании базового варианта исходных данных; генерирует в реальном масштабе времени множество возможных базовых вариантов экстренных мер защиты с учетом неопределенности входных данных; оказывает поддержку в ранжировании сгенерированных базовых вариантов экстренных мер защиты на основе экспертных предпочтений. В Заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.
Базовые представления и понятийные средства проектирования систем поддержки принятия решений в аварийных ситуациях
В параграфе 1.1 были рассмотрены существующая идеология разработки и особенности функционирования компьютерных систем поддержки управления (СППР) ликвидацией последствий радиационного воздействия. В настоящем параграфе анализируются основные представления и понятия, которые используются при постановке задач проектирования систем поддержки принятия решений, в частности, компьютерных систем поддержки принятия решений. Постановка задач и практика разработки СППР при ликвидации последствий радиационного воздействия отражают особенности ситуации, сложившейся в сфере разработки любых СППР.
Говоря предельно общо, среди факторов, определяющих современную идеологию разработки и внедрения СППР, необходимо отметить: огромные возможности современных компьютеров при решении задач обработки информации; убеждение, опирающееся на весь опыт развития техники, что оснащение какой-либо деятельности (в нашем случае - управленческой) новыми техническими средствами приводит, в конечном счете, к ее совершенствованию и развитию; огромные усилия, затраченные на разработку и совершенствование вычислительной техники и, как следствие, - установку на внедрение компьютеров во все сферы деятельности.
Именно эти обстоятельства современной ситуации обусловили тот факт, что задача разработки СППР понимается главным образом как задача внедрения компьютера в управленческую деятельность. При этом такое внедрение может трактоваться по-разному:
1. как включение в существующие системы управленческой деятельности компьютерных систем для замещения ими человека в выполнении каких-то частей этой деятельности;
2. как построение компьютерной системы, обеспечивающей полностью автоматизированное решение управленческих задач;
3. как включение в существующие системы управленческой деятельности компьютерных систем, являющихся дополнительными средствами такой деятельности.
Первая и вторая интерпретация проблемы применения компьютера в управленческой деятельности приводит к ее подмене проблемами организации систем «человек-машина», распределения функций между машиной и человеком и т.д. Однако, такая подмена не является правомерной прежде всего потому, что включение в уже существующие и функционирующие системы человеческой деятельности (в том числе управленческие) каких-либо технических средств, в частности - компьютерных систем, с необходимостью приводит к перестройке этих систем деятельности [25-26]. Таким образом, внедрение компьютера в управленческую деятельность даже в ограниченных, локальных пределах может приводить к существенной перестройке всей системы управленческой деятельности. Поэтому разработка и внедрение компьютерных СППР выступает как широкое действие по изменению всей сферы управленческой деятельности и не может рассматриваться как замена частичных фрагментов управленческой деятельности, выполнявшихся без применения компьютера, локальными фрагментами, но уже выполняющимися с применением вычислительной техники.
Третий вариант трактовки проблемы применения компьютера в управленческой деятельности предполагает постановку вопроса о средствах управленческой деятельности и их возможном развитии за счет внедрения компьютерных систем.
Поэтому, если стремиться организовать работу по разработке и внедрению компьютерных СППР удовлетворительно в плане учета последствий, которые она может иметь для деятельности управления, то необходимо правильно сформулировать ее целевые установки. При этом эта формулировка должна удовлетворять следующим двум требованиям: 1. учитывать практические результаты внедрения компьютерных СППР; 2. отражать перспективы, открываемые развитием вычислительной техники.
За последнее время, особенно в течение 90-х годов, появились значительные изменения в практике использования методов многокритериальной оптимизации и поддержки принятия решений, связанные с развитием компьютерной техники. Это привело к активной разработке методов, принципиально ориентированных на решение многокритериальных задач с помощью компьютера, и появлению легко доступных развитых пакетов программных средств, реализующих эти методы. Огромные возможности современных компьютеров, системного программного обеспечения и средств визуализации создали реальные условия руководителям применять эти методы самостоятельно, без участия специальных вспомогательных служб.
Практика использования компьютерных систем при принятии решений показывает, что хотя мы и говорим о компьютерной поддержке принятия управленческих решений, т.е. об использовании формальных оценок и расчетов, роль личных качеств руководителя (эксперта) - его интеллект, субъективные оценки, эрудиция, умение находить решение и т.п. - не уменьшается, а может быть, даже возрастает. На решение руководителя сильнейшее влияние оказывают его субъективные предпочтения, поэтому в предложенных компьютером вариантах решений руководитель должен видеть их тщательный учет, а не «абстрактное оптимальное» предложение, далекое от его интересов.
В качестве целевой установки по разработке и внедрению компьютерных СППР, удовлетворяющей обоим сформулированным выше требованиям, можно принять установку на введение новой составляющей в практику принятия решений: искусство использования средств вычислительной техники, которое должно сочетать оценки и решения, полученные уже устоявшимися (или вновь разработанными) математическими методами с субъективными оценками, сделанными на основе знаний, опыта и интуиции руководителя.
Компьютерная поддержка переговоров по управлению ликвидацией последствий радиационного воздействия
В чрезвычайных ситуациях, в том числе и при радиационном воздействии, необходимо обеспечить максимальную эффективность проведения переговоров по выработке группового решения, связанного с реализацией контрмер. Здесь необходимо различать два этапа переговоров: переговоры по согласованию плана действий при возможном радиационном воздействии; переговоры по оперативному управлению ликвидацией последствий происшедшего радиационного воздействия.
На первом этапе фактор времени не является критическим. На втором - он решающий. В главе 1 уже отмечалось, что сложность решаемых проблем, невозможность или неэффективность принятия простых силовых решений, длительность и напряженность ведения переговоров приводят к естественному желанию использовать компьютерные системы для поддержки специалиста и руководителя, участвующего в итеративном процессе принятия согласованных групповых решений.
Хотя и говорится о компьютерной поддержке переговоров, т.е. об использовании формальных оценок и расчетов, роль личных качеств участника переговоров - его интеллект, эрудиция, умение находить решение и т.п. - не уменьшается, а может быть, даже возрастает.
Множество возникающих в ходе переговоров вариантов может подавить участников и заставить их исходить из чисто эвристических или эмоциональных оснований, а не из вариантов решений, обоснованных расчетами. Часто участники переговоров не могут достичь соглашения, хотя хорошее решение существует. Это может произойти в тех случаях, когда в ходе переговоров возникает новая ситуация или участники не имеют достаточно времени для хорошей подготовки к ним.
Системы поддержки переговоров вводят новую составляющую в искусство ведения переговоров: искусство использования средств вычислительной техники. Она должна сочетать оценки и решения, полученные уже устоявшимися (или вновь разработанными) математическими методами с субъективными оценками, сделанными на основе знаний, опыта и интуиции руководителя. Это связано с тем, что на решение руководителя сильнейшее влияние оказывают его предпочтения, поэтому в предложенных компьютером вариантах решений руководитель должен видеть их тщательный учет, а не «абстрактное оптимальное» предложение, далекое от его интересов.
Специалисты по теории игр, математики, экономисты, системные аналитики уже давно работают над разработкой эффективных методов достижения результатов переговоров, которые помогли бы участникам переговоров найти справедливое и удовлетворяющее всех решение. Использование информационных технологий отнюдь не уменьшает роль и значение дипломатических способностей участников переговоров. Наоборот, оно позволяет использовать их не только на основе интуиции, опыта участника переговоров, но и на основании анализа и расчетов, проведенных компьютером в реальном масштабе времени, т.е. в процессе самих переговоров.
Из самого названия компьютерной системы поддержки переговоров следует, что она предназначена для оказания помощи участникам переговоров в их проведении и выработке согласованного решения. Помощь СПП заключается в: сборе данных и компьютерной поддержке анализа обстановки, сложившейся перед обсуждением проблемы; определении своей позиции на предстоящих переговорах; организации связи всех участников переговоров вычислительной сетью независимо от того, где они находятся, и предоставления им возможности легкого обмена предложениями и контрпредложениями; возможности наглядного и быстрого предоставления на экранах всей информации, необходимой при ведении переговоров с использованием мультимедийных средств; помощи в оценке приоритетов отдельных составляющих обсуждаемой проблемы на протяжении всего хода переговоров; предоставлении средств формализации предложений, делаемых каждым участником переговоров, включающих алгоритмы их оценки, ранжирования и моделирования последствий; облегчении выработки всеми участниками и группами участников переговоров общего взгляда или сближения различных точек зрения на обсуждаемую проблему за счет их формализации и анализа, с учетом интересов каждого партнера; генерации компромиссных вариантов согласованных решений; моделирование последствий предлагаемых вариантов решений; интегральной оценке компромиссных вариантов и выбор лучших.
Особая эффективность применения СПП проявляется при комплексном подходе в поддержке переговоров, начиная от обучения проведению переговоров с помощью системы поддержки переговоров и кончая заключением соглашения по реальной проблеме.
Компьютерная система поддержки принятия групповых решений осуществляет поддержку на всех этапах, начиная от сбора информации и кончая оформлением документов по принятому решению. СПП можно рассматривать как функционально распределенную систему, если она реализована только на одном компьютере или как функционально и пространственно распределенную, если она используется несколькими «переговорщиками», удаленными друг от друга.
Компьютерная ассимиляция и согласования данных на основе алгебраических процедур
Бывают ситуации, в которых прогнозирование развития аварийной ситуации можно осуществлять на основе различных моделей. При этом ни одна из имеющихся моделей не может быть признана предпочтительнее остальных. Каждая отдельная модель позволяет лучше остальных предсказать поведение одних характеристик ситуации, но хуже прогнозирует поведение других характеристик. Другими словами, ни одна из используемых моделей не позволяет получить адекватный прогноз, так как предназначена для моделирования лишь части характеристик ситуации. Но может так оказаться, что вся совокупность моделей обладает свойствами, позволяющими использовать ее для прогнозирования при принятии решений. В таком случае возникает задача использования всех имеющихся моделей для анализа и прогноза при принятии решений.
Один из возможных подходов к решению данной задачи опирается на понятие ансамбля моделей [95, 100-101]. и основан на следующих предположениях: моделируемый процесс (например, распространения радионуклидов в атмосфере) является случайным; результаты расчетов на основе каждой отдельной модели представляют собой реализацию этого процесса.
Прогнозирование процесса на основе ансамбля моделей заключается в определении при помощи статистических методов характеристик случайного процесса на основе ансамбля реализаций, полученных за счет моделирования.
Для корректного применения статистических методов требуется, чтобы обрабатываемый ансамбль содержал достаточно большое количество элементов. Таким образом, возникает задача увеличения числа отдельных прогнозов (числа элементов ансамбля) по имеющимся моделям. Данная задача может решаться следующими способами: за счет увеличения количества используемых моделей - как правило, отдельная используемая модель есть элемент целого семейства родственных моделей; за счет варьирования входных данных используемых моделей - входные данные известны всегда с некоторой неопределенностью.
Очевидным недостатком данного подхода являются трудности получения достаточного числа реализаций.
Другой подход к решению задачи использования многих моделей при принятии решений можно назвать алгебраическим и рассматривать его как интерпретацию идей метода Галеркина [96-97]. Следует заметить, что метод Галеркина является эффективным приемом снижения размерности при моделировании распределенных систем [102-118]..
Поясним идею алгебраического подхода на примере решения задачи оценки пространственного положения мгновенного точечного источника. Момент времени возникновения источника считается известным. Пусть зафиксировано разбиение области, в которой наверняка может находиться источник, на подобласти iip...,iig Для оценки положения источника используются модели Мх,...,Мп распространения радионуклидов в атмосфере. Каждая модель Л/, на основе стандартной входной информации / вычисляет оценку величин: Mi(l) = [a l,...,a g), где a j - вероятность того, что источник радионуклидов находился в области Qy. Далее осуществляется построение Pf «поля возможного положения источника» Pi (Q;.) = c j на основе решающего правила C(rf,, d2): 1, если a j d2 с і = О, если a j dx Д, если dx a j d2 где 1 означает, что источник может находиться в области Qy; 0 означает, что источник не может находиться в области Qy; Д означает, что решение о нахождении источника в области П. не принято. Таким образом, построение f)- «поля возможного положения источника» можно представить в виде последовательного применения оператора оценки Л/Д/) (оценивающего оператора) и решающего правила C(dl,d2):
P, = C(d{,d2)oM,{l). Предположим, что на основе дополнительной информации (экспертной или какой-либо другой) можно сделать заключение о том, что источник не мог находиться в областях ,П;. ,...,Q, при этом данная информация противоречит полученным оценкам Pv...,Pn. Это означает, что для каждого поля Pi найдется область Qy. из набора Q;V..,Q. , для которой Pfai ) 0. Другими словами, полученные на основе каждой из моделей оценки положения источника противоречат имеющимся априорным данным.
Идея алгебраического подхода к ассимиляции данных заключается в построении «поля возможного положения источника» при помощи обобщенной процедуры, использующей все имеющиеся модели. Для того, чтобы построить такую процедуру, введем алгебраические операции между оценивающими операторамиМ1(/)=(а1,...,а ) и M2{l) = (a2,...,a2j): S операцию сложения М1(/)+М2(/) = («1,+а12,...,а;+а ) операцию умножения: MXl)-M2(l)={a\-al...,alg-a2g) операцию умножения на число: а М2 (/) = (Й a2 ,...,a-a2g) Введенные операции обладают коммутативностью, ассоциативностью, дистрибутивностью и т.д.
Применение СППР для согласования оценок при определении класса аварии но шкале INES
Шкала INES предназначена для классификации аварий на любом РОО. Она применялась для классификации нескольких десятков аварий. По этой причине, пользуясь этой шкалой INES , эксперты будут стремиться использовать имеющийся опыт ее использования. Следовательно, компьютерная процедура построения согласованной оценки аварии по шкале INES должна учитывать имеющийся у экспертов опыт использования шкалы.
Определение класса аварии по шкале INES базируется на использовании следующих признаков (критериев).
Критерий 1: объем внешнего выброса радиоактивных материалов в эквиваленте l3l7, выраженный в виде величины Рх - объема выброса (в эквиваленте 1317).
Критерий 2: риск воздействия на здоровье людей за пределами площадки, выраженный безразмерной величиной Р2 - степенью риска воздействия на здоровье людей за пределами площадки РОО. Величина Р2 принимает значение между 0 и 1. Значение Р2 = 0 означает полное отсутствие риска, соответственно значение Р2 = 1 означает, что без применения мер защиты население за пределами площадки подвергнется опасному для здоровья воздействию радиации.
Критерий 3: необходимость применения защитных мероприятий за пределами площадки, выраженный безразмерной величиной Р3 - степенью необходимости применения защитных мероприятий за пределами площадки. Величина Р2 принимает значения 0, 0.5, 1. Значение 0 означает, что защитные мероприятия проводить не следует. Значение 0.5 означает, что проведение защитных мероприятий возможно. Значение 1 означает, что защитные мероприятия проводить необходимо.
Критерий 4: степень повреждения ядерной установки, выраженный безразмерной величиной Р4 - степенью повреждения ядерной установки. Величина Р4 принимает значение между 0 и 1. Значение Р4 -0 означает полное отсутствие повреждений, соответственно значение Р -\ означает, серьезное разрушение установки и всех барьеров безопасности.
Критерий 5: Риск воздействия на здоровье персонала. Данный критерий можно выразить безразмерной величиной Р5 - степенью риска воздействия на здоровье персонала. Величина Р5 принимает значение между 0 и 1. Интерпретация значений величины Р5 вполне аналогична интерпретации значений величины Р2.
Перечисленные критерии таковы, что мнения экспертов, выражаемые значениями величин Р],Р2,Р3,РА,Р5, в большинстве случаев не совпадают. Это может иметь место и для величины Рх, так как оценка объема выброса не всегда производится на основе измерений, нередко важную роль играют косвенные данные о масштабе и характере аварии.
Процедура оценки класса аварии по шкале INES состоит их двух этапов: подготовительного и оперативного. Подготовительный этап осуществляется заранее. Оперативный этап осуществляется непосредственно после появления информации об аварии.
Подготовительный этап
На подготовительном этапе производится настройка процедуры оценки для действующей группы экспертов. На первом шаге составляется список всех аварий на РОО, которые классифицировались ранее по шкале INES, - список LISTX = {Al,...,AL}. Каждая авария А в этом списке снабжена оценкой по шкале INES - классом аварии к(А). Кроме того, для каждой такой аварии должно быть представлено ее описание -оперативная и прогностическая информация, которая была использована при классификации. Далее из списка аварий выделяется список характерных аварий -LIST2 = \А\,..., A Mj. Этот список должен быть хорошо обозримым (содержать порядка 10 характерных аварий, возможно гипотетических), но при этом быть репрезентативным с точки зрения возможных классов по шкале INES.
Предположим, что в состав группы ОПАС входит N экспертов: 3(\),...,D(N). После того, как списки LISTX, LIST2 сформированы, система предъявляет каждому эксперту Э(/), і = \,...N, список LIST2 и предлагает характеризовать каждую аварию из этого списка по признакам 1-5, задав значения величин Р\,Р2,Рт,,Рц,Р5 В результате получается таблица, вид которой представлен в таблице 4.2.1
В таблице 4.2.1 к(А)е(\,...,7). Далее система на основе полученной таблицы для каждого эксперта 3{j),j = \,...N, строит решающее правило 5ПЭ(/), которое выражает способ применения шкалы INES экспертом э(/) для классификации аварий. Для этого вычисляется 6 разделяющих функций (например, линейных; если подобрать такие функции не удается, то применяется метод комитетов. [129], [132]) fj{px,p1,p„pA,p5),...,fi{px,p2,p„p„p5), с помощью которых решающее правило 9?Э(у) формулируется в виде: классу 1, если fx (Рх (А),..., Р5 (А)) 0, иначе ,е\классу2, если f{{Px{A),...,P5{А)) О, иначе классу 1
Таким образом, система разделяющих функций подбирается так, чтобы как можно большее число аварий А є LIST2 правильно классифицировалось на основе значений признаков P1(A),P2{A),P3(A),P4(A),P5(A) по приведенному выше правилу.
Па следующем шаге система на основе списка аварий LISTX производит оценку качества работы экспертов и вычисляет их "веса" следующим способом. Строится таблица 4.2.2. В этой таблице величины av определяются по следующему правилу: а у = {классу аварии Ai, вычисленному по правилу ЛЭ(/ )}. Затем вычисляются веса ЯХ,...,ЯН экспертов 3(i),...,3(N) на основе решения минимизациошюй задачи:
