Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор и анализ информационных систем хранения и обработки графической информации в структурах МЧС России. Синтез теоретических подходов и программных инструментов для решения поставленных задач 10
1.1. Системы автоматизации страхового фонда документации при чрезвычайных ситуациях 11
1.2. Система автоматизации Государственной инспекции по маломерным судам 37
1.3. Информационные системы трёхмерного моделирования на основе двумерных эскизов 41
1.4. Информационные системы трёхмерного моделирования разрушений 53
Выводы по главе 1 66
Глава 2. Подходы моделирования данных для проектируемой информационной системы обработки и визуализации графической информации 68
2.1. Анализ моделей и теоретических подходов векторных преобразований.. 73
2.2. Анализ моделей и теоретических подходов элементных преобразований 79
2.3. Поиск формальных элементов для дуального моделирования 103
Выводы по главе 2 ПО
Глава 3. Проектирование инструментов графической обработки данных адаптивной информационной системы моделирования разрушенных объектов 111
3.1. Формирование подхода в рамках множества единого целого 113
3.2. Проектирование системы моделирования разрушений зданий и сооружений 120
Выводы по главе 3 140
Глава 4. Формирование адаптивной информационной системы на основе компонент дуального моделирования компьютерной графики 141
4.1. Примеры внедрения разработанного механизма в информационно- управляющие системы МЧС России 141
4.2. Основные элементы реализации адаптивной информационно-управляющей системы 144
4.3. Разработка структуры хранения данных для адаптивной системы 148
Выводы по главе 4 155
159
Заключение 157
Литература
- Система автоматизации Государственной инспекции по маломерным судам
- Анализ моделей и теоретических подходов элементных преобразований
- Проектирование системы моделирования разрушений зданий и сооружений
- Основные элементы реализации адаптивной информационно-управляющей системы
Система автоматизации Государственной инспекции по маломерным судам
Программно-технический комплекс документального обеспечения аварийно-спасательных и других неотложных работ при тушении пожаров на объектах города Москвы (ПТКДО-ЧС)
ПТКДО-ЧС представляет собой комплекс программно-технических средств состоящий из программного обеспечения - Автоматизированной информационной системы документального обеспечения аварийно-спасательных и других неотложных работ при тушении пожаров на объектах города Москвы (АИСДО-ЧС), и аппаратно-технических средств, на которых развёрнута и функционирует АИСДО-ЧС.
Основным назначением ПТКДО-ЧС (АИСДО-ЧС) является: - автоматизация процессов оперативного документального обеспечения проведения аварийно-спасательных, аварийно-восстановительных и других неотложных работ в чрезвычайных ситуациях и тушении пожаров на объектах города Москвы; - обеспечение информационной поддержки процессов принятия решений при проведении аварийно-спасательных, аварийно-восстановительных и других неотложных работ в чрезвычайных ситуациях и тушении пожаров; - осуществление фиксации и аккумулирования данных по происходящим пожарам и ЧС на единой технологической основе и в единых форматах для последующей аналитической обработки и прогнозирования ЧС (на поздних стадиях создания и внедрения системы).
Цель создания ПТКДО-ЧС (АИСДО-ЧС) - повышение эффективности проведения аварийно-спасательных, аварийно-восстановительных и других неотложных работ при ликвидации чрезвычайных ситуаций и тушении пожаров на объектах города Москвы, а также принимаемых управленческих решений по предупреждению и действиям в чрезвычайных ситуациях в городе Москве на основе повышения оперативности и информационной обеспеченности проводимых мероприятий. Основные функции АИСДО-ЧС (ПТКДО-ЧС): - обеспечивать надежное хранение и поиск электронных версий АКД и других документов СФД-ЧС [91-94] и предоставлять оперативный санкционированный доступ к ним лицам, принимающим решения и другим заинтересованным лицам в установленном порядке [136-140]; - обеспечивать оперативную санкционированную передачу по каналам связи непосредственно аварийно-спасательным отрядам и командам пожаротушения в установленном порядке электронных версий АКД; - обеспечивать удобное, легко интерпретируемое и управляемое пользователем представление электронных версий АКД и других электронных документов системы; - обеспечивать редактирование и актуализацию электронных данных системы; - поддерживать информационное обеспечение процессов планирования, управления и контроля за созданием и ведением СФД-ЧС [141-144]; - поддерживать сбор и накопление данных по происходящим пожарам, ЧС и авариям техногенного характера (с фиксацией даты, времени, причин, обстоятельств, результатов, схем, видео- и фотоматериалов и т.д.); - обеспечивать аналитическую обработку данных с целью анализа и прогнозирования ЧС.
Пользователи системы: - должностные лица постоянно действующих органов управления Московской городской системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (МГСЧС), осуществляющие управленческую деятельность; - руководители и дежурные смены ЦУКС, СПТ, принимающие решения по оперативному документальному обеспечению проведения аварийно-спасательных, аварийно-восстановительных и других неотложных работ в ходе ликвидации чрезвычайных ситуаций и тушении пожаров; - командиры (руководители) сил и средств пожаротушения, аварийно-спасательных подразделений и пр., осуществляющие доступ к информационным ресурсам АИСДО-ЧС в рамках предоставленных им полномочий со стационарных или мобильных рабочих мест; - руководители подразделений СФД-ЧС, принимающие решения по управлению деятельностью СФД-ЧС и осуществляющие контроль за ходом создания и ведения СФД-ЧС [145-146]; - сотрудники подразделений СФД-ЧС и дежурной смены ЦУКС, осуществляющие технологические операции по подготовке информации.
Информационную основу ПТКДО-ЧС (АИСДО-ЧС) составляют электронные версии с векторизованными и формализованными графическими данными аварийных комплектов документации на объекты повышенного риска (ОПР), систем обеспечения жизнедеятельности населения (ОСЖН), органов управления (ООУ) и массового пребывания населения (ОМПН) страхового фонда документации чрезвычайных ситуаций (СФД-ЧС) города Москвы.
В связи с этим, а также в интересах обеспечения единства технологической основы и эффективности использования выделяемых финансовых средств, на ПТКДО-ЧС (АИСДО-ЧС) возлагаются также задачи по ведению электронного банка данных (ЭБД) СФД-ЧС города Москвы и автоматизации решения всего комплекса задач по созданию, ведению и использованию СФД-ЧС на основе современных технологий надежного хранения, обработки, передачи и представления информации.
С применением электронных способов хранения и оперативного использования документации на объекты СФД-ЧС в АИСДО-ЧС появились дополнительные возможности по документированию объектов в интересах эффективного информационного обеспечения проведения работ при ликвидации ЧС. Такими дополнительными способами документирования интересующих объектов и их элементов являются цифровые фото- и видеоматериалы, съемка которых производится непосредственно на объектах, а результаты съемки помещаются в ЭБД СФД-ЧС (в рамках АИСДО-ЧС) с привязкой к объектам и конкретным их элементам [147-148].
Анализ моделей и теоретических подходов элементных преобразований
АС СФД ЧС - решение, в состав которого входит комплекс по созданию архива на микроформах (законодательно закрепленная форма хранения СФД) и электронная информационная база, необходимая для обеспечения эффективных действий при чрезвычайных ситуациях, во время проведения аварийно-спасательных, аварийно-восстановительных и других неотложных работ (рис. 1.39).
АС СФД ЧС позволяет осуществлять: - прием и регистрацию документов подлинников, электронных образов документов и микроформ, поступающих на изготовление страховых копий; - отражение результатов верификации электронных образов документов; - привязку графических образов документов к электронным учётным карточкам; - формирование задания (заказ-наряда) операторам на изготовление страховой документации на основании введенной регистрационной информации; - отражение результатов контроля качества микроформ, возможность печати их технических паспортов и другой сопроводительной документации; - хранение информации о страховой документации на микроформах и электронных образов этой документации; - формирование, просмотр и печать отчетов по изготовленным страховым документам; - поиск, просмотр и экспорт страховых документов в соответствующие внешние приложения; - организационно-правовую поддержку работ по созданию, хранению и использованию СФД.
Все подсистемы используют информацию, хранящуюся в едином электронном банке данных. Электронный банк данных представляет собой программно-аппаратный комплекс, состоящий из системы управления базами данных и серверов, обеспечивающих надежное хранение информации.
Подсистема создания и ведения СФД предназначена для поддержки технологических процессов изготовления и хранения страховой документации. Для реше 36 ния этой задачи созданы автоматизированные рабочие места (АРМ), которые обеспечивают: сканирование и съемку, верификацию электронных образов, контроль качества микроформ и создания микроформ из электронных образов документов.
Подсистема нормативно-справочной информации позволяет хранить и использовать в работе документы, регламентирующие деятельность АС СФД ЧС.
Подсистема предоставления доступа обеспечивает доступ к учётной информации о страховой документации и её электронным образам для пользователей, имеющих право работать с указанной документацией. Для этого разработано АРМ пользователя СФД, которое позволяет: - осуществлять атрибутивный и полнотекстовый поиск страховой документации; - просматривать найденную документацию; - копировать или выводить на печать найденную информацию. Для технического обслуживания АС СФД ЧС разработано АРМ администратора Системы, которое обеспечивает следующие функции: - администрирование Системы, редактирование справочников АС СФД ЧС;
В рамках проекта АС СФД ЧС корпорация «Электронный архив» поставляет комплекс необходимого оборудования для создания электронных образов документов СФД и долговременного хранения электронного ресурса. Комплекс включает сервер с RAID-массивом, архивный накопитель ЭЛАР НСМ, сканеры микрофильмов, книжный сканер ЭЛАР ПланСкан, предназначенный для сканирования сшитых оригиналов до формата А1, систему для изготовления микроформ с электронных образов, а также другое оборудование для изготовления и контроля микроформ. Помимо этого, в комплект поставки входят принтеры, плоттеры и рабочие станции пользователей.
Автоматизированная информационно-управляющая система Государственной инспекции по маломерным судам (АИУС ГИМС) МЧС России представляет собой многофункциональную информационно-поисковую систему контроля и учёта маломерных судов и предназначена для оперативного доступа к базам данных учёта поднадзорных судов, контроля прохождения ежегодного технического освидетельствования, получения статистики проверок и нарушений и обеспечивает формирование и ведение федеральной, межрегиональных и территориальных баз данных по объектам учёта, поиск информации по установочным данным в базах оперативного доступа по маломерным судам [119-123].
Система построена по иерархическому принципу и имеет три уровня: - центральный сервер баз данных, установленный в Управлении ГИМС МЧС России; - региональный уровень - уровень региональных центров, в которых устанавливается сервер баз данных «МСР-Сервер/Регион» АТЖИ.466219.015-03 со специальным программным обеспечением «МСР-Регион/ГИМС» АТЖИ. 00043-03; - территориальный уровень - центры ГИМС МЧС России по субъектам Российской Федерации, в которых устанавливаются сервер баз данных «МСР-Сервер» АТЖИ.466219.014-03 со специальным программным обеспечением «МСР-Сервер/ГИМС» АТЖИ.00042-03 и автоматизированное рабочее место (АРМ) АТЖИ.466219.017-03 со специальным программным обеспечением «МСР АРМ/ГИМС» АТЖИ.00041-10-03.
Укрупнённая схема управления деятельностью ГИМС МЧС России с использованием разработанной АИУС ГИМС представлена на рис. 1.41.
Кроме того, инспекторские подразделения центров ГИМС МЧС России по субъектам Российской Федерации комплектуются персональными терминалами старшего государственного инспектора по маломерным судам МСР-ПК.И/ОК-GSM АТЖИ.466229.012-03 (с функцией радио-выхода на территориальный сервер) со специальным программным обеспечением «МСР-ПК.И/OK-GSM АТЖИ.00044-03» и персональными терминалами государственного инспектора по маломерным судам МСР-ПК.И/ОК АТЖИ.466229.013-03 со специальным программным обес 39 печением «МСР-ПК.И/ОК АТЖИ.00045-03».
Средства вычислительной техники АИУС ГИМС используют программное обеспечение, совместимое с применяемым в АИУС РСЧС: общесистемное ПО (Microsoft Windows); технические средства (протоколы, стандарты и т.д.), применяемые АИУС РСЧС; специальное ПО (СУБД).
Проектирование системы моделирования разрушений зданий и сооружений
Приводится описание современной концепции разработки систем, не имеющих одного решения, «системы систем». Описывается модель дуального взаимодействия двух независимых типов обработки трёхмерной компьютерной графики в единой системе координат.
Теоретический подход, представленный в главе 2, получил свое продолжение в виде функций: пол и потолок.
Функция целая часть Ent: Ж -» TL, х і— Ent(x), сопоставляет каждому вещественному числу х наибольшее целое, не превосходящее х. Традиционно эта функция называется антье (от французского entier) и обозначается ещё х і— [х], а в последнее время она все чаще называется пол (от английского floor) и обозначается XI— xj. Однако удобно различать пол и целую часть.
Для целой части числа х долгое время использовалось обозначение [х], введенное Гауссом. Ни понятия функции потолок, ни специального обозначения для нее не существовало. В 1962 году Кеннет Айверсон предложил округления числа х до ближайшего целого в меньшую и большую стороны называть «пол» и «потолок» х и обозначать xj и х] соответственно [32].
В современной математике используются оба обозначения, xj и х], однако существует тенденция перехода к терминологии и обозначениям Айверсона. Одна из причин этого - потенциальная неоднозначность понятия «целая часть числа». Например, целая часть числа 2,7 равна 2, но возможны два мнения на то, как определить целую часть числа -2,7. В соответствии с данным в этой статье опре 112 делением [х] = [xj = — 3, однако в некоторых калькуляторах имеется функция
Любое неравенство между вещественным и целым числами равносильно неравенству с полом и потолком между целыми числами:
Два верхних неравенства являются непосредственными следствиями определений пола и потолка, а два нижние - обращение верхних от противного. Функции пол/потолок являются монотонно возрастающими функциями:
Целочисленное слагаемое можно вносить/выносить за скобки пола/потолка: [х + п\ = [xj +71, [х + П.] = х] + П. Описанные выше исследования положили начало другому направлению, связанному с задачами у которых нет единого решения. С технической точки зрения, данное направление получило название SoS или «system of systems». Формирование подхода в рамках множества единого целого Далее приводится текст исследований, представленный в монографии [8].
Задача корректного подхода к содержимому информационных потоков, а также к формам их описания актуальна и важна в современном обществе. Исторически сложился фундаментальный пласт, позволяющий обработать информацию с разных точек зрения. Формальной стороной данного вопроса занимается СЕМАНТИКА. Полученные годами модели позволяют управлять и/или координировать социальной средой с использованием четко направленных векторов информирования в виде сигналов. Используемые около 100 лет назад СИНТАКСИЧЕСКИЕ модели до сих пор позволяют производить формализацию в доступной и удобочитаемой форме. Установленные правила ПРАГМАТИКИ позволяют достичь как краткосрочных целей, так и долгосрочного стратегического планирования. Расхождение в моделях анализа данных трех направлений четко прослежива 114 ется в инженерных и технических науках. Как правило, исследователи и разработчики мало заботятся о смысловой нагрузке при подготовке изделий к эксплуатации. Данная тенденция, к сожалению, также начала прослеживаться и в компьютерных науках.
Выходом из данной ситуации служит систематизация подходов в едином целом ко всем трем направлениям обработки информации, представленная, например, в виде трёхмерной системы координат (рис. 3.1). Многочисленные попытки систематизации существующих и разрабатываемых программных продуктов в течение последних лет на уровне адаптивных комплексных систем дали хорошие результаты. У многих современных программных продуктов появился адаптивный интерфейс. Системы повернулись к пользователю «лицом», динамично подстраиваются под действия пользователя, изменяют форму и вид представления данных, в зависимости от действий пользователя [23, 60].
Уже устоявшаяся среда или сформированное пространство не всегда примет новый элемент управления или координации. Необходим такой подход, который позволил бы добавлять произвольный объект, и как элемент пространства (часть целого) и как свой собственный объект способный перенести себя без ущерба в другое пространство или другую среду.
Следовательно, для вновь формируемого инструментария необходимо решить два актуальных вопроса: 115 - как запланировать и как преподнести необходимую информацию в общедо ступной, понятийной, краткой, но лаконичной форме; - как сделать так, чтобы потом не переделывать и не делать еще раз то же самое. Необходимо найти такой подход (или метод), который позволит моделиро вать объекты: - которые можно представить только на уровне абстракций, хотя их «можно потрогать»; - в которых находишься и которые находятся в тебе одновременно; - которыми нельзя управлять, но надо сосуществовать постоянно и т.д. Проблемной составляющей в данном случае является форма представления четвертого вектора обработки данных (сигналов) (рис. 3.2). Классическая формальная модель требует внесения четвертым вектором (начало в точке отсчета) -время, хотя практика показывает, что это не так. У вектора времени нет начала и завершения. Нарезка вектора на участки вызывает ряд проблем в дальнейшей обработке. Следовательно, вектор информации по времени должен быть произвольным, не зависимым от начала системы координат.
Основные элементы реализации адаптивной информационно-управляющей системы
Одним из основных компонентов любой сложной системы является наличие базы данных (БД). Сложность выбора инструментов для хранения и обработки является проблемой данного этапа [65].
В настоящее время распространено множество разнотипных систем управления базами данных (СУБД). Большинство из них рассчитаны на локальное использование, то есть на одном компьютере. Но, используя второстепенные инструменты, можно работать с локальными БД как с сетевыми. В последнее время стало появляться все больше БД рассчитанных на сетевое (распределенное, иерархическое) использование. Существует две технологии иерархических БД: - «файл-сервер» - база хранится на сервере, но обработка происходит на локальном компьютере клиента. - «клиент-сервер» - база хранится на сервере, обработка осуществляется тоже на сервере, а клиенту отправляются только результаты.
В разрабатываемой системе удобно использовать оба типа, зависит от типа данных, которые будут рассмотрены ниже. Разработка структуры хранения данных для адаптивной системы Основным встроенным языком сетевых БД является SQL. Язык SQL является стандартом для баз данных с архитектурой «клиент-сервер», соединяет в себе достоинства широкого распространения, легкости в изучении и значительных возможностей.
Инструкции языка можно разделить на две группы: 1. Инструкции определения данных (DDL - data definition language, язык определения данных), с помощью которых создаются, изменяются или удаляются таблицы, представления и другие объекты баз данных. 2. Инструкции манипулирования данными (DML - data manipulation language, язык обработки данных), к которым относятся инструкции выборки, вставки, изменения и удаления данных из таблиц баз данных.
Рассмотрим базы, используемые в разрабатываемой системе (рис. 4.7). Для каждого разрушенного объекта при проведении аварийно-спасательных и аварийно-восстановительных работах запрашиваются следующие сведения: - база документации (Doc) - проектная, схемы, экспликации, инвентаризация и т.д. Необходимы для определения целостности объекта; - база аварий и инцидентов (Dang), произошедших на данном объекте за весь период. Необходимы для определения возможных причин разрушений; - база персонала объекта (Pers), для определения количества возможных пострадавших; - база оборудования (Obj), для определения возможного фактического и экономического ущербов; - база моделей (Mod), проигрывающих сценарии возможных аварий для определения типов разрушений (взрыв, пожар и т.п.); - база правил (Sol), база нормативной документации, правил и ограничений для данного типа объектов.
База «Персонал» хранит данные по каждому человеку (персоналу) на объекте. При принятии решения ключевую роль играют поля прохождения медосмотров и проверки знаний. На основе очередных дат перечисленных полей система принимает решение о состоянии персонала на текущий момент времени.
База «Оборудование» содержит сведения об используемом на объекте оборудовании. Ключевым моментом использования базы для информационной системы являются поля, хранящие данные о начале срока эксплуатации (дата ввода), планируемая дата очередного технического и экспертного освидетельствования и дата планируемого вывода из строя. Учитывая перечисленные данные, система рассчитывает степень изношенности каждого технологического узла, возможные аварийные ситуации. Характеристики
В соответствии с наборами инструкций, описанных в главе 2, все данные описанных БД передаются в блок анализа. Для определения текущей ситуации и выбора комплекса мер восстановительных мероприятий, блок анализа содержит базу правил, откуда по оценочным критериям происходит выборка. Каждый объект содержит свой набор мероприятий, поэтому выбор из существующих комплексов осуществляется, начиная с нижнего уровня дерева управления, т.е. от частного к общему. Но, для дополнительного контроля «сверху» все базы мероприятий хранятся в общей сети, доступной каждому уровню управления. Общий вид правил представлен в виде условия:
Используя основную модель, специалист (оператор) может из базовой модели функционирования системы создать свою, приближенную к конкретному объекту. Далее подключается модуль исходных данных. Для каждого выбранного объекта и процесса оператор выбирает набор атрибутов (исходных данных), которые будут учитываться при функционировании системы поддержки управления. По каждому типу опасных объектов из модуля методик расчёта последствий аварий выбирается одна или несколько программных разработок и подключается к соответствующему узлу дерева объектов и процессов. Аналогичным образом подключается аналитическая система на основе дуального моделирования, в которой используется определенный набор сценариев и комплекс мероприятий.
