Введение к работе
Актуальность темы. Растущая опасность возникновения масштабных аварий и катастроф природного и техногенного происхождения обязывает органы управления МЧС России активнее переходить к новым методам и технологиям управления рисками чрезвычайных ситуаций (ЧС) и организации применения сил и средств в операциях, нацеленных на предупреждение и ликвидацию их последствий. Наиболее действенным направлением решения указанной глобальной задачи является информатизация деятельности должностных лиц всех уровней иерархии. В структурном аспекте это направление предполагает создание и внедрение в практику автоматизированных систем (АС) различного назначения как непременного инструмента управления. В функциональном аспекте речь идет об автоматизации решения задач должностных лиц с целью повышения оперативности и обоснованности принимаемых решений. При этом к наиболее трудоемким и ответственным задачам относятся такие как прогнозирование чрезвычайных ситуаций и планирование применения сил и средств в ЧС.
Специфика задач первого типа (прогнозирование) связана с необходимостью формирования трендов изменения параметров, характеризующих чрезвычайную ситуацию. Отличительная черта задач второго типа (планирование) состоит в многообразии возможных вариантов построения группировки сил и средств, создаваемой для действий в той или иной ЧС. Оба типа задач требуют для своего эффективного решения соответствующего информационного базиса. Традиционные подходы к построению информационного обеспечения АС МЧС России предполагают использование реляционных баз данных. Это обусловлено солидным научным фундаментом, широкой номенклатурой инструментальных средств их поддержки и богатым опытом применения. Тем не менее, ориентация на такие базы данных не позволяет ожидать качественных результатов решения задач прогнозирования и планирования. Основная причина заключается в слабой приспособленности классических реляционных БД к накоплению однородных изменяющихся данных. Выход из сложившегося положения состоит в переходе к базам данных, опирающимся на концепцию многомерности данных. Особенность таких баз данных состоит в ориентации на определенный класс прикладных задач, связанных с анализом данных. Следование этой концепции в плане решаемых задач по развитию ЧС и последующему применению в них сил и средств позволяет ввести в рассмотрение прогностические базы данных (ПБД), ориентированные на решение задач прогнозирования ЧС и выработки адекватных планов применения в них сил и средств.
Несмотря на богатый научный задел в области организации многомерных баз данных, они слабо адаптированы к рассматриваемой предметной области. В частности, отсутствуют модели и методики их организации и проектирования с целью формирования информационного обеспечения задач планирования операций по предупреждению и ликвидации ЧС. Это определяет проблему, решение которой видится на пути разработки или адаптации моделей и методик организации ПБД применительно к задачам планирования, решаемым должностными лицами органов управления МЧС России в автоматизированном режиме. Сказанное свидетельствует об актуальности темы диссертационной работы.
В основу диссертационного исследования положены труды видных отечественных и зарубежных ученых, среди которых Артамонов В.С., Кузнецов С.Д., Львов В.В., Малыгин И.Г., Сахаров С.С., Саенко И.Б., Дейт К., Инмон У., Кодд Э. и другие.
Цель исследования состоит в повышении эффективности формирования прогнозов возникновения и развития чрезвычайных ситуаций и разработки планов применения сил и средств в аварийно-спасательных и аварийно-восстановительных операциях по защите населения, окружающей среды и ликвидации последствий стихийных бедствий, техногенных аварий и катастроф.
Объект исследования – базы данных автоматизированных систем МЧС России.
Предмет исследования – модели и методы организации баз данных для систем и процессов прогнозирования и планирования.
Научная задача заключается в разработке моделей и методик построения баз данных в интересах информационной поддержки автоматизированного решения задач планирования применения сил и средств МЧС России в чрезвычайных ситуациях.
Частные научные задачи исследования:
1. Обоснование потребности в совершенствовании информационного обеспечения задач прогнозирования и планирования в сфере предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций.
2. Формирование общего подхода к организации информационного обеспечения задач прогнозирования и планирования.
3. Разработка принципов построения и концептуальной модели базы данных для задач планирования.
4. Разработка модели данных применительно к задачам планирования.
5. Разработка методики логического проектирования баз данных для задач планирования.
6. Выработка предложений по применению разработанных моделей и методики.
Методы исследования. Для решения научной задачи использовались методы системного анализа, теории баз данных, в частности, теории реляционных баз данных и теории многомерно-реляционного представления данных.
Результаты исследования. Основными результатами диссертационной работы, выносимыми на защиту, являются:
1. Концептуальная модель базы данных для задач планирования применения сил и средств МЧС России.
2. Модель представления данных в многовариантных базах данных.
3. Методика логического проектирования многовариантных баз данных.
Научная новизна результатов диссертационного исследования обусловлена формированием основных положений по организации баз данных, обеспечивающих автоматизированное решение задач планирования применения сил и средств в чрезвычайных ситуациях, на основе многомерно-реляционного подхода, адаптированного к многовариантному представлению данных; построением модели представления многовариантных данных, включающей структурный, манипуляционный и целостный компоненты и базирующейся на вариантно-реляционную ассоциацию как атомарный элемент модели; разработкой методики логического проектирования баз данных для решения задач планирования на основе метода «сущность-связь» с учетом специфики многовариантного представления данных.
Достоверность научных результатов обеспечивается использованием апробированных теоретических положений в области реляционных баз данных для модификации многомерно-реляционного представления применительно к задачам планирования применения сил и средств МЧС России в чрезвычайных ситуациях.
Практическая значимость полученных результатов определяется их важностью для автоматизированного решения практических задач, связанных с оперативным формированием вариантов применения сил и средств МЧС России для действий по предупреждению и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций, за счет развития одного из перспективных направлений в области построения и использования реляционных баз данных.
Публикации по теме диссертации. Результаты диссертационного исследования опубликованы в четырех работах, в том числе в одном издании по перечню ВАК. Список публикаций приведен в конце автореферата.
Реализация. По результатам работы получены акты реализации от следующих организаций: Институт сетевых технологий (г. Санкт-Петербург) и Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы МЧС России.
Апробация результатов исследования. Основные положения исследования докладывались и обсуждались в период с 2009 г. по 2011 г. на семинарах Санкт-Петербургского университета Государственной противопожарной службы МЧС России, IV Международной научно-практической конференции «Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы» (г. Санкт-Петербург, 17 ноября 2011 г.) и V Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы обеспечения взрывобезопасности и противодействия терроризму» (г. Санкт-Петербург, 20-21 апреля 2010 г.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации составляет 95 страниц основного текста, в том числе 12 рисунков, 8 таблиц и список литературы из 87 наименований.
