Содержание к диссертации
Стр.
Введение 4
1. Современное состояние разработки методов и средств
интеллектуальной поддержки 12
1.1. Обзор текущего применения средств обработки данных и
знаний в предметной области 12
Определение приоритетности направлений автоматизации 2.0
Анализ возможности использования коммерческих
экспертных оболочек для нужд пожарной безопасности 25
Выводы по главе 35
2. Структурирование и обработка экспертной информации
для принятия управленческих решений 36
2.1. Экспертный вариант подхода к решению задачи оценки
уровня пожарной опасности 36
2.2. Анализ механизмов использования понятия вероятностей
для моделей правдоподобных рассуждений 43
2.3. Механизмы вывода в базах знаний оперативно-советующих
систем типовых ситуаций 53
2.4. Метод обучения и адаптации системы поддержки принятия
решений в условиях реального времени 65
Выводы по главе 70
3. Методики формирования экспертных групп и работе с
ними инженеров по знаниям 71
Методика оценки компетентности экспертов 71
Методика формирования экспертных групп 76
Методика определения возможностей потенциальных
экспертов 84
Выводы по главе 95
4. Диагностическая экспертная оболочка для определения
причин пожаров 96
Общее описание экспертной системы 96
Состав знаний и способы их представления 100
Управляющий механизм системы 103
Механизм приобретения знаний 107
Выводы по главе 118
Заключение 119
Список литературы 123
Приложение: Систематизация известных аналогов экспертных
оболочек 137
Введение к работе
В Федеральном законе "О пожарной безопасности", принятом Государственной Думой 18 ноября 1994 года, говорится о том, что обеспечение пожарной безопасности является одной из важнейших функций государства. При этом под пожарной безопасностью понимают состояние защищенности от пожаров личности, имущества, общества и государства.
Обеспечение пожарной безопасности промышленных объектов различного назначения является сложной социально-экономической системой, поэтому изучать процесс ее функционирования нужно с помощью современных методов системного анализа.
Для решения вопросов, связанных с совершенствованием оперативной обстановки с пожарами, необходимо располагать прежде всего соответствующей информацией. Несомненно, что эффективным средством совершенствования пожарной безопасности является применение новых информационных технологий, которое до настоящего времени носило локальный характер и имело ограниченно положительный эффект.
Во многом это объясняется отсутствием общей концепции информатизации, необходимых данных, научно-обоснованных моделей и методик подготовки и принятия решения по организации деятельности, современной технологии, а также прогрессивных приемов организации и ведения работ по обеспечению пожарной безопасности в условиях применения новых информационных технологий.
Обеспечение пожарной безопасности - сложный и многофункциональный механизм. Возникновение в нем любой нештатной ситуации, связанной с пожаром, аварией и т. д., ведет к сбою в работе большого организма. Для того чтобы этот сбой был минимальным, а ликвидация инцидента была произведена тактически грамотно и в максимально сжатые сроки, необходимо создание системы методов И средств интеллектуальной поддержки для задач управления пожарной безопасностью.
5 Предметом исследования является изучение текущего положения по созданию и функционированию средств подготовки и обработки данных, знаний для задач обеспечения пожарной безопасности на объектах различного функционального назначения.
Цель диссертационной работы состоит в разработке средств извлечения, формализации и структурирования экспертной информации для подготовки и принятия управленческих решений по вопросам обеспечения пожарной безопасности, создании гибкой экспертной диагностической оболочки. Задачи исследования:
1. Изучение состояния разработки методов и средств интеллектуальной
поддержки принятия управленческих решений по обеспечению пожарной
безопасности.
Разработка и обоснование методов представления и обработки экспертной информации в выбранной предметной области.
Разработка механизмов использования понятия вероятностей для моделей принятия решений.
Создание и апробация методик извлечения экспертной информации.
Создание легко адаптируемого и настраиваемого инструментария получения и обработки экспертной информации по управленческим задачам.
Научная новизна работы:
В диссертации решен ряд специализированных прикладных задач системного анализа и получены следующие результаты:
1. Предложен экспертный вариант подхода к решению задачи оценки уровня
пожарной безопасности объектов железнодорожного транспорта.
Разработаны механизмы вывода в базах знаний оперативно-советующих экспертных систем типовых ситуаций по вопросам пожарной безопасности на объектах промышленности.
Предложен метод обучения и адаптации системы поддержки принятия управленческих решений в области пожарной безопасности.
4. Разработаны частные методики организации работы инженеров по знаниям и экспертов в области пожарной безопасности:
оценки компетентности экспертов в выбранной предметной области
формирования экспертных групп
- определения возможностей потенциальных экспертов по пожарной
безопасности.
Практическая ценность работы заключается в том, что созданная гибкая экспертная диагностическая оболочка «ДАРШ» может быть использована для интеллектуальной поддержки обоснования и принятия управленческих решений по вопросам обеспечения пожарной безопасности на промышленных объектах различного назначения.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на межкафедральных семинарах ВСИ МВД России (1998 -2003), на заседаниях Ученого Совета ВСИ МВД России (1999-2003), на всероссийской конференции "Новые информационные технологии в практике правоохранительных органов Санкт-Петербург", 1998), всероссийской научно-практической конференции "Актуальные проблемы предупреждения и тушения пожаров на объектах и в населенных пунктах" (Москва, 1999), на Всероссийской научно-практической конференции "Актуальные проблемы пожарной безопасности" (Иркутск, 1996 г.), на первой межвузовской научно-практической конференции "Проблемы управления в государственной противопожарной службе и органах внутренних дел'* (Иркутск, 1996 г.), на открытой межвузовской научно-практической конференции "Проблемы деятельности правоохранительных органов и противопожарной службы11 (Иркутск, 1997 г.), на Всероссийском научно-практическом семинаре "Деятельность и взаимодействие силовых структур по ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций " (Иркутск, 1999г.), на научно-практической конференции "Перспективы совершенствования деятельности ОВД и ГПС" (Иркутск, 2000, 2001, 2002, 2003 г.), на 4-ой международной конференции "Лесные и степные пожары" (Томск, 2001г.), на межкафедральном семинаре в
7 Государственном Университете Министерства путей сообщения (Иркутск, 2003г.).
Публикации. Результаты диссертационного исследования опубликованы в двадцати трех научных работах.
Реализация результатов исследования. Материалы диссертационного исследования использованы:
1. При выявлении экспертов для решения управленческих задач по различным
направлениям обеспечения пожарной безопасности региона Сибири и Дальнего
Востока.
На факультативных занятиях и в учебном процессе со слушателями выпускных курсов факультета пожарной безопасности Восточно-Сибирского Института МВД России.
При проведении экспресс-опросов по выявлению проблем в области пожарной безопасности региона Сибири и Дальнего Востока, проводимых по заявкам практических органов Государственной противопожарной службы (ГПС)МЧС.
В практической деятельности УГПС МЧС Иркутской и Кемеровской областей, республики Бурятия, подразделений Иркутского и Приморского отрядов ведомственной охраны по ПТЧ ФГП МПС России, что подтверждается актами о внедрении.
Программный диагностический комплекс "ДАРШ получил свидетельство об официальной регистрации Российского агентства по патентам и товарным знакам (Роспатента) (Свидетельство № 2003610529 от 27.02.03).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Общий объем диссертации составляет 142 страницы, в том числе 15 рисунков, 20 таблиц, списка литературы из 144 источников и приложения.
Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи исследования, изложены научная новизна и практическая значимость
8 полученных результатов, приведены основные положения, выносимые на защиту.
Первая глава посвящена обоснованию необходимости разработки методов и средств интеллектуальной поддержки принятия управленческих решений в области пожарной безопасности. Выполненный обзор текущего применения средств обработки данных и знаний задач управления пожарной безопасностью показал, что применение новых информационных технологий носит ограниченный характер. Проведенный анализ применения метода аналогий в решении проблем пожарной безопасности существенно тормозится отсутствием методик выявления потенциальных экспертов, работы с ними инженеров по знаниям, формирования экспертных групп, извлечения экспертных знаний. На этапе орпроектирования систем пожарной безопасности имеется недостаточное количество тщательно отработанных и адаптированных методик экспертного опроса. До настоящего времени отсутствовали частные методики получения и обработки экспертной информации по решению проблем пожарной безопасности. Результаты анализа показали имеющиеся проблемы применения методов представления и обработки знаний для такой системы управления, как обеспечение пожарной безопасности.
Произведен обзор современного состояния разработки современных аналогов известных экспертных систем и скелетных оболочек. Выполнены их систематизации и классификация по семи основным функциональным параметрам. Результатом проведенной работы стало создание сводной квалификационной таблицы. Полученные результаты могут значительно облегчить первый этап подбора интересующих пользователя систем экспертного типа. Проведенная систематизация может быть использована в дальнейшем для подбора скелетных экспертных оболочек применительно к различным направлениям совершенствования пожарной безопасности на промышленных объектах.
Сделан вывод о том, что возможность использования известных вариантов экспертных оболочек для нужд обеспечения пожарной безопасности
9 носит ограниченный характер. Существует существенная потребность создания авторского варианта легко адаптируемой диагностической экспертной системы.
Во второй главе предложено применение универсального метода (IDX-подхода) возможного для решения задач по определению пожарной опасности объектов защиты. Отличительные черты метода: возможность одновременной работы с информацией, характеризуемой как качественными, так и количественными показателями; использование быстрых алгоритмов для расчетных целей; наглядность и естественность восприятия результатов. В качестве примера использования данного подхода предложено решение задачи по оценке пожарной опасности объекта защиты на основе фонда статистических данных о пожарах на объектах МПС.
Выполнен аналитический обзор по вопросам использования вероятностей моделирования правдоподобных рассуждений для интеллектуальных систем. Произведен сравнительный анализ логического аппарата представления знаний известных экспертных систем.
Рассмотрен метод обучения и адаптации для системы поддержки принятия решений реального времени в условиях неполноты или неопределенности данных. Данный метод базируется на модели, имеющей память, и способной посредством анализа предыдущего процесса выявлять причинно-следственные и временные зависимости, повышая качество принимаемых решений. Рассмотрены варианты вычисления функции сходства ситуаций. Предложена архитектура интеллектуальной системы поддержки принятия решений в условиях реального времени.
В третьей главе создан и апробирован матричный метод комплексного отбора экспертов по проблемам обеспечения пожарной безопасности на объектах промышленности. Для измерения их компетентности использован список из шестнадцати параметров. С помощью пакета экстремальной группировки "Модуль" (специализированного пакета прикладных программ) произведена обработка получившейся матрицы и произведено разбиение
10 фактов на четыре функциональные группы для их дальнейшего наполнения логическими выводами, условиями и заключениями.
В качестве методики формирования экспертных групп предложено
использование итерактивных процедур опроса, исключающих
непосредственное взаимодействие экспертов. Предложено пошаговое потуровое описание процедур. В целом проведенные эксперименты подтвердили выдвинутые предположения и свидетельствуют об эффективности предполагаемого метода, его практической значимости и возможности использования при работе с экспертами в области пожарной безопасности.
Произведено определение возможностей потенциальных экспертов в выбранной предметной области в задачах экспертной классификации. Полученные результаты показали существование психологических границ у лиц принятия решений (ЛПР). В связи с этим принято решение о введении иерархии критериев, построение характерных групп, иерархии классификации. Предложенный подход реализован при построении иерархии знаний диагностической экспертной системы "Выявление причин пожаров". Всего в системе использовано 242 признака (критерия). Выяснено, что они естественно разбивались на группы "Общий осмотр", "Очаги пожара", "Детальный осмотр","Лабораторные исследования", причем нагрузка на эксперта в каждой из классификаций иерархии является близко допустимой.
В четвертой главе представлена экспертная оболочка выявления причин и условий пожаров ДАРШ. Система задумана как программа, консультирующая инженеров пожарной безопасности при установлении причин возникновения пожаров на различных объектах и выдаче как рекомендаций по принятию управленческих решений, так и организации автономных действий, направленных на поддержание живучести контролируемого объекта. Для успешного выполнения задач в ДАРШ предложены и используются "листы структур данных" (для краткости называемые просто "листы"), рассматриваемые как устройство и язык для записи знаний о представлении. Язык "листов" является "тотальным", т.е. в нем должны быть описаны все
сущности системы, используемые при представлении знаний. "Тотальность" языка делает возможной исчерпывающую проверку типов и определенный контроль за состоянием базы знаний. Представление правил на русско-подобном языке облегчает добавление сложных правил и позволяет языку ДАРШ автоматически генерировать ответы на вопросы: почему и как исполнилось конкретное правило. Механизм вычисления коэффициентов уверенности, включающий методы Байеса и нечеткой логики, автоматический опрос датчиков первичной информации и инициирование запусков алгоритмов диагностики отдельных узлов системы позволяют моделировать с помощью действия специалистов пожарной безопасности в условиях неопределенности, определяя наиболее вероятные причины неправильной работы и, исходя из них, принимать целенаправленные действия для поддержания функциональной задачи.
В заключении диссертационной работы сформулированы основные полученные результаты.
