Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
ИССЛЕДОВАНИЯ 10
-
Концепция экологической, техногенной и гражданской безопасности 10
-
Интеллектуальные системы поддержки принятия решений в нештатных ситуациях, связанных с загрязнением окружающей
среды 18
1.3. Математическое моделирование загрязнения окружающей
среды 33
-
Состояние проблемы, задачи и тенденции 33
-
Основные подходы к моделированию распространения загрязняющих веществ в атмосфере 38
-
Статистический подход к прогнозированию загрязнения окружающей среды (воздушного бассейна) 40
-
Подходы и методы, основанные на решении уравнения турбулентной диффузии 51
1.3.3. Особенности моделирования распространения
загрязняющих веществ в городских условиях 58
1.4. Постановка задачи исследования 60
Выводы 61
2. МОДЕЛЬ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ
ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В НЕШТАТНЫХ СИТУАЦИЯХ,
СВЯЗАННЫХ С ПРОМЫШЛЕННЫМИ ВЫБРОСАМИ 62
2.1. Основные подходы к построению интеллектуальной системы
поддержки принятия решений в нештатных ситуациях, связанных с
промышленными выбросами 62
-
Математическая постановка задачи принятия решений в нештатных ситуациях, связанных с промышленными выбросами 69
-
Информационно-функциональная структура интеллектуальной системы поддержки принятия решений в нештатных ситуациях, связанных с промышленными выбросами 75
Выводы 81
3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ АДАПТИВНЫХ
МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ
РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗАГРЯЗНЯЮЩЕГО ВЕЩЕСТВА В
АТМОСФЕРЕ 81
3.1. Физико-статистический метод моделирования распространения
загрязняющих веществ 82
-
Применение динамических моделей с распределенными параметрами 81
-
Различные подходы к построению моделей 91
-
Синтез адаптивных прогностических моделей 94 распространения загрязняющих веществ
-
Описание алгоритмов МГУА, используемых при построении 99 прогностических моделей
Выводы 109
4. МЕТОДИКА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В НЕШТАТНЫХ
СИТУАЦИЯХ, СВЯЗАННЫХ С ВЫБРОСАМИ ПРОМЫШЛЕННЫХ
ПРЕДПРИЯТИЙ П0
-
Программный комплекс ИСПГТР в нештатных ситуациях, 110 связанных с промышленными выбросами
-
Основные положения методики и этапы принятия решений в нештатных ситуациях, связанных с промышленными выбросами 116
4.3. Пример использования методики и программного комплекса 121
4.3.1. Характеристика объекта 121
-
Анализ динамики выбросов загрязнителей в атмосферу города 124
-
Основные источники и вещества загрязнители атмосферы 127
-
Анализ возможных техногенных опасностей и их последствий 133
-
Пример использования ИСГШР для управления в нештатной ситуации, связанной с выбросом сероводорода 13 9
Выводы 144
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 145
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 146
ПРИЛОЖЕНИЕ 155
Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из актуальных задач, стоящих перед обществом на современном этапе, является совершенствование управления в условиях нештатных (чрезвычайных) ситуаций и повышение эффективности и оперативности мероприятий, направленных на обеспечение безопасности населения и окружающей природной среды.
Промышленное производство, сконцентрировав в себе колоссальные запасы различных видов энергии, вредных веществ и материалов, стало постоянным источником серьезной техногенной опасности и возникновения аварий, сопровождающихся чрезвычайными ситуациями. Внедрение в производство новых технологий не снижает уровень этой опасности. Естественное постоянное стремление общества к наиболее полному удовлетворению своих материальных и духовных потребностей влечет за собой увеличение масштабов производства, а, следовательно, и уровня техногенной опасности. Ситуация усугубляется высокой концентрацией промышленных объектов на территории проживания населения.
Существенным элементом является нештатность ситуации. Термин «нештатная ситуация» в контексте рассматриваемой предметной области является более применимым и адекватным по сравнению с термином «чрезвычайная ситуация». Нештатная ситуация может быть определена как особая, специфическая, не предусмотренная рабочим режимом функционирования промышленного объекта ситуация, которая носит вероятностный характер и может повлечь за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей природной среде, значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности людей. Для управления в нештатных (чрезвычайных) ситуациях требуется использование методов решения нестандартных неформализованных задач, интеллектуальных методов поиска решений.
Таким образом, одним из приоритетных направлений научных исследований в области обеспечения экологической, техногенной и гражданской безопасности, защиты человека и окружающей среды становится разработка интегрированных интеллектуальных систем поддержки принятия решений в нештатных ситуациях, связанных с выбросами промышленных предприятий. Это играет огромную роль в условиях ограниченности материальных, финансовых, людских и других ресурсов.
Характерной особенностью проводимых исследований является применение системного подхода к рассматриваемой проблеме, при котором исследуется весь цикл обработки информации, начиная с входного потока и заканчивая принятием решений.
Последние достижения в сфере информационных технологий, особенно в области геоинформационных систем, а также систем, основанных на знаниях (систем искусственного интеллекта — экспертных систем, прежде всего динамических), компьютерных методов принятия решений поставили задачу создания принципиально новых систем, позволяющих интегрировать опыт принятия решений и проведения мероприятий в условиях нештатных ситуаций. Непрерывно растущие требования к качеству решения подобных задач требуют разработку более эффективных алгоритмов.
Анализ содержания задач управления в чрезвычайных ситуациях, а также опыта отечественных и зарубежных разработок, позволяют отметить особую важность использования результатов математического моделирования процессов распространения загрязняющих веществ. Спрогнозированные данные о концентрациях загрязняющих веществ в объектах природной среды с заданными пространственно-временной точностью и дискретностью оказывают существенную помощь и являются неотъемлемой частью информационного обеспечения при принятии решений по преодолению отрицательных последствий чрезвычайных ситуаций, связанных с промышленными выбросами.
7 Цель работы. Целью исследования является совершенствование методов и повышение эффективности управления в условиях нештатных ситуаций, связанных с выбросами промышленных предприятий, на основе использования системного подхода, методов математического моделирования, применения методов самоорганизации прогнозирующих моделей, посредством разработки интеллектуальной системы поддержки принятия решений с применением современных информационных технологий.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие основные задачи: провести анализ особенностей построения и использования интеллектуальных систем поддержки принятия решений в нештатных ситуациях, связанных с выбросами промышленных предприятий в атмосферу, опыта применения отечественных и зарубежных разработок; провести анализ основных подходов и методов построения прогностических моделей распространения загрязняющих веществ; разработать модель интеллектуальной системы поддержки принятия решений в нештатных ситуациях, связанных с выбросами промышленных предприятий; разработать алгоритм и методику прогнозирования распространения загрязняющих веществ на основе физико-статистического подхода и применения распределенных адаптивных моделей; разработать прототип программной системы поддержки принятия решений в нештатных ситуациях, связанных с выбросами промышленных предприятий; разработать человеко-машинную процедуру принятия решений в нештатных ситуациях, связанных с выбросами промышленных предприятий; провести апробацию результатов исследования.
8Методы исследований. Для решения поставленных задач использованы методы системного анализа, математического моделирования, математической физики, самоорганизации прогнозируюших моделей, конечно-разностные методы, методы построения базы знаний с помощью правил продукции.
Научная новизна работы: разработана модель ИСППР в нештатных ситуациях, связанных с выбросами промышленных предприятий на основе использования системного подхода; разработана методика и алгоритм выработки и принятия управленческих решений в нештатных ситуациях и ликвидации их последствий на основе использования сценарного подхода и технологии баз знаний; предложена методика и алгоритм прогнозирования распространения загрязняющих веществ в атмосфере на основе распределенных адаптивных моделей.
Практическая значимость работы вытекает из ее направленности на разработку новых методик обеспечения процесса принятия решений в нештатных ситуациях и практической их реализации в виде прототипа интеллектуальной системы поддержки принятия решений. После соответствующей адаптации и при наличии требуемого банка данных система может быть использована специалистами МЧС как в рабочем режиме, так и в режиме тренажера для подготовки диспетчеров региональных и территориальных органов управления по делам гражданской обороны.
Апробация работы. Научные положения и практические рекомендации диссертационной работы в целом и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (г. Санкт-Петербург, 2000и2001Г.Г.), «Математические методы в интеллектуальных
9 информационных системах - ММИИС-2002» (г.Смоленск), на международной научно-технической конференции «Современные технологии в промышленности - МК-2001» (г. Пенза).
