Программный комплекс ЭСПЛА-ПРО

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ЭСПЛА-ПРО

E.A. Евсюков (expert@krasn.ru)

А.A. Марков

Р.В. Морозов

В.В. Ничепорчук

Л.Ф. Ноженкова

Институт вычислительного моделирования СО РАН, Красноярск

Представлена экспертная геоинформационная система ЭСПЛА-ПРО для комплексной поддержки принятия решений в чрезвычайных ситуациях. Система построена на основе единого программного интерфейса и интегрирует технологии геоинформационных, экспертных систем, баз данных, оперативной аналитической обработки данных для решения аналитических и оперативных задач.

Введение

экспертный геоинформационный чрезвычайный ситуация

На сегодняшний день разработано значительное количество специализированных информационно-расчетных систем, решающих отдельные задачи для оперативных и аналитических подразделений МЧС РФ. К числу таких систем относятся, например, программные комплексы "ТОКСИ+" (НТЦ Промтехбезопасность, Москва), "Взрыв" и "Волна" (Военно-инженерный университет, Москва), разработки ВНИИ ГО ЧС, Академии гражданской защиты МЧС РФ, которые предназначены для детальных расчетов последствий техногенных аварий. Область их использования - разработка деклараций и паспортов безопасности, оценка последствий аварий и другие расчеты.

Наряду со специализированным программным обеспечением в настоящее время создается и эксплуатируется большое число интегрированных систем для комплексной поддержки решения сложных задач. Одной из первых разработок в этой области является экспертная геоинформационная система ЭСПЛА для поддержки принятия решений по ликвидации химических аварий, созданная в Институте вычислительного моделирования СО РАН (ИВМ СО РАН, г. Красноярск) [Дмитриев и др., 1998]. В момент аварии система рассчитывает размеры опасных зон согласно стандартизованным методикам. Цифровые карты городов позволяют строить карты возможной обстановки в случае химической аварии, оценивать количество объектов и населения, попадающего в зону ЧС.

Другой пример - система прогнозирования последствий аварий на объектах уничтожения химического оружия, разработанная в Институте исследования катастроф (г. Ижевск), содержит методики расчета последствий аварий, связанных с выбросами опасных веществ в атмосферу, взрывами и пожарами, библиотеку сценариев ЧС, геоинформационную подсистему, позволяющую на цифровых картах и космических снимках визуализировать развитие аварии [Колодкин и др., 2006].

Из программ, используемых при затоплениях, можно отметить программу "Затопление р. Припять", разработанную в НАН Республики Беларусь на основе ArcView 3.2. Подробные данные о рельефе, гидрографии позволяют проводить моделирование прохождений весенних паводков, оценивать возможный ущерб от затоплений, строить карты ЧС.

В Иркутском институте динамики систем и теории управления СО РАН разработана интеллектуальная система поддержки принятия решений (ИС ППР) при определении причин инцидентов и аварий вследствие отказов механических систем на объектах нефтехимической и газовой промышленности, представляющих экологическую и социальную опасность. Назначение системы - обеспечение безопасной эксплуатации машин и оборудования и прогнозирование последствий аварий [Берман и др., 2006].

Научно-исследовательской лабораторией объектно-ориентированных геоинформационных систем (НИЛ ООГИС) Санкт-Петербургского института информатики и автоматизации РАН разработан продукт под названием "ИГИС" ("Интеллектуальная Геоинформационная Система") [Потапычев и др., 2003]. Создан инструментальный комплекс, позволяющий осуществлять технологический синтез интегрированных прикладных систем для различных предметных областей. В частности, НИЛ ООГИС разрабатывает, поставляет и комплексно сопровождает диспетчерско-информационные системы для различных пунктов и центров управления.

Несмотря на большое разнообразие программного обеспечения, ориентированного на информационную поддержку принятия решений в условиях угрозы и возникновения ЧС, вопрос создания расширяемых систем, адаптируемых к условиям конкретной территории и настраиваемых на решение различных задач, остается актуальным.

Рассматривается экспертная геоинформационная система ЭСПЛА-ПРО для комплексной поддержки принятия решений в чрезвычайных ситуациях. Система построена на основе единого программного интерфейса и интегрирует технологии геоинформационных (ГИС), экспертных систем, баз данных, оперативной аналитической обработки данных (OLAP) для решения аналитических и оперативных задач. Экспертная геоинформационная система ЭСПЛА-ПРО является преемницей системы по ликвидации химических аварий ЭСПЛА, удостоенной в 2003 г. Премии МЧС России и в 2006 г. серебряной медали Международного салона инноваций и инвестиций.

Назначение системы «ЭСПЛА-ПРО» и основные принципы реализации

Программный комплекс «ЭСПЛА-ПРО» предназначен для решения следующих задач:

1. Обеспечение оперативного управления в кризисных ситуациях в повседневном режиме функционирования: мониторинг и контроль обстановки, работа с прогностической и аналитической информацией.

2. Обеспечение оперативного управления в режиме повышенной готовности и в режиме ЧС: моделирование масштабов и последствий стихийных бедствий, техногенных аварий и катастроф, формирование оперативных отчетных форм и рекомендаций по действиям в ЧС.

Решение этих задач выполнено на основе интеграции современных информационных технологий: экспертных и геоинформационных систем, систем управления базами данных, OLAP-анализа и других [Ноженкова и др., 2008]. За счет интеграции технологически разнородных элементов [Ноженкова, 2004] реализованы принципиально новые информационные модели. Основные компоненты системы - геоинформационная система, блок расчетных методик, система оперативного анализа данных могут использоваться и как самостоятельные программы. В режиме ЧС работой компонентов управляет экспертная система, вызывающая по мере необходимости ГИС, математические модели оценки обстановки, модель формирования отчетных форм и другие. Базы данных, знаний и картографические базы составляют информационные ресурсы системы.

Многофункциональность и гибкость системы реализована за счет модульного подхода. Расчетные и аналитические модули, используемые в системе, подключаются к базовой части в виде динамических библиотек. Все модули имеют тесную двухстороннюю связь, позволяющую обмениваться данными и событиями.

Рис. 1 - Главное окно системы

Интерфейс системы (Рис. 1) обеспечивает вызов необходимых модулей и взаимодействие их между собой. Вид интерфейса сохраняется в служебных таблицах и динамически изменяется при администрировании системы и редактировании ситуаций в экспертной подсистеме. Так же настраиваются и остальные компоненты системы: вид и состав таблиц баз данных, аналитические модели и графики, цифровые карты, форма отчетов, формируемых системой в режиме чрезвычайной ситуации. Для переключения на другой источник информационных ресурсов достаточно изменить небольшой текстовый файл настроек системы. Это позволяет оперативно переходить с серверного на портативный вариант системы, что особенной важно при подготовке оперативных групп к выезду на место ЧС.

Экспертная система основана на ситуационном подходе с фреймовой моделью представления знаний. В момент чрезвычайной ситуации она формирует необходимые решения по управлению в ЧС, обращаясь к другим модулям системы. Необходимая информация о месте ЧС и характеристиках формирований извлекается из баз данных, последствия ЧС моделируются в ГИС и с помощью расчетных методик, рекомендации по действиям в ЧС формируются на основе баз знаний. Недостающая информация может запрашиваться у пользователя, который инициирует процесс вывода. Вывод представляет собой эстафету присоединенных процедур, которые автоматически вызывают необходимые модули системы.

Геоинформационная подсистема представляет собой оригинальную оболочку, разработанную без использования специализированных компонент [Евсюков, 2007]. Это позволяет встраивать различные модели визуализации последствий ЧС и использовать полученные результаты моделирования в полнофункциональных систем ГИС. Подсистема ГИС взаимодействует с базами данных, расчетными моделями и экспертной подсистемой. Реализованы не только средства получения справочной информации и построения точечных слоев, что характерно для всех стандартных ГИС, но и ряд функций, необходимых для выполнения задач геомоделирования ЧС, например, динамическое построение картографических слоев. На Рис. 2 представлен динамический слой «зона затопления».

Рис. 2 - Геоинформационная подсистема.

Модуль OLAP-анализа данных позволяет строить различные представления информации в виде кросс-таблиц и кросс-диаграмм. Встроенный OLAP-модуль используется для анализа данных мониторинга обстановки и ретроспективной информации, визуализации результатов на картах и в графическом виде, для построения аналитических отчетов [Ишенин, 2004]. Применение технологии OLAP позволяет наиболее эффективно и быстро извлекать необходимую информацию из больших объемов данных, представлять в удобном для анализа виде и оперировать только с необходимыми показателями.

Подсистема ведения баз данных предназначена для получения справочной и аналитической информации. Она также используется для формирования рекомендаций в экспертной подсистеме, массива входной информации в блоках анализа и моделирования обстановки, а также в качестве атрибутов картографических слоев в ГИС. Таблицы баз данных сгруппированы по тематике, а настройки их отображения позволяют пользователю осуществлять поиск, выборку необходимой информации и способ ее представления.

Для подключения вновь разработанных модулей необходимо ввести данные для работы модуля в информационные ресурсы системы [Марков и др., 2007]. При вызове модуля ему передается пакет данных, состоящий из настройки подключения к серверу, идентификатора роли пользователя, вызвавшего модуль, пути к цифровым картам местности и шаблонам системы и других необходимых пользователю параметров. Далее исходный код текста записывается в служебную таблицу и автоматически компилируется при первом вызове нового модуля.

Пример функционирования системы

В зависимости от введенного значения уровня воды геоинформационная подсистема моделирует зону затопления, которая отображается на карте в виде виртуального площадного слоя, и формирует список затопленных объектов.

Рис. 3 - Функционирование экспертной системы

На следующем шаге оценивается объем эвакуационных мероприятий (количество транспорта, наличие мест временного размещения людей) и формируются рекомендации по привлечению основных и дополнительных сил и средств, подготавливается текст оповещения населения, основные отчетные документы. Рекомендации формируются в виде текстов и стандартизованных форм (Формы 1, 2, 3/ЧС, ОДС-2,3) с использованием шаблонов и текстовых фрагментов. Формируется информация о характеристиках места ЧС: численность населения, список оповещения должностных лиц, населенные пункты ниже по течению. Объем и детализация рекомендаций системы зависят от наличия информационных ресурсов. Система позволяет настраивать формы шаблонов вывода отчетных документов и порядок заполнения их данными. При поступлении новой информации можно оперативно включить ее в систему: дополнить базу знаний и отредактировать нужный шаблон отчетного документа.

Заключение

Использование перечисленных компонентов инструментальной среды позволяет создавать многофункциональные системы, ориентированные как на работу в условиях чрезвычайных ситуаций, так и в повседневном режиме для анализа и прогнозирования динамики обстановки и планирования превентивных мероприятий. Открытая системная архитектура позволяет интегрировать не только информационные ресурсы, но и различные расчетные модели. При наличии экспертов можно моделировать новые ситуации, пополняя базу знаний. Реализованы системы поддержки принятия решений «Паводок», «Пожары» и «Техногенные аварии», которые входят в состав ЭСПЛА-ПРО.

Список литературы

[Берман и др., 2006] Берман А.Ф., Николайчук О.А., Павлов А.И., Юрин А.Ю. Интеллектуальная система поддержки принятия решений в нефтехимической промышленности // Автоматизация в промышленности. 2006. № 6.

[Дмитриев и др., 1998] Дмитриев А.И., Исаев С.В., Карев В.Ю., Нейман К.А., Ноженкова Л.Ф., Шатровская Е.В. Экспертная геоинформационная система ЭСПЛА / - Красноярск: ИВМ СО РАН, 112 с, 1998.

[Евсюков, 2007] Евсюков А.А. Средства оперативного геомоделирования в информационно-аналитических системах. - Автореф. канд. дисс. - 05.13.11. - Красноярск: ИВМ СО РАН, 2007.

[Ишенин, 2006] Ишенин П.П. Инструментальные средства построения комплексов моделей и аналитических приложений в OLAP-технологии. - Автореф. канд. дисс. - 05.13.11. - Красноярск: ИВМ СО РАН, 2006.

[Колодкин и др., 2006] Колодкин В.М., Леонов В.А. и др. Прямой доступ к результатам прогнозирования последствий аварий на объектах уничтожения химического оружия. Ижевск, 2006.

[Марков и др., 2007] Марков А.А., Морозов Р.В. Метод динамического подключения модулей к ядру модульной экспертной геоинформационной системы. // Материалы десятой Всероссийской научно-практической конференции "Проблемы информатизации региона" В 2 т. Т. 1. - Красноярск: Сиб. федер. ун-т; Политехн. ин-т, 2007.

[Ноженкова и др., 2008] Ноженкова Л.Ф., Исаев С.В., Ничепорчук В.В., Евсюков А.А., Морозов Р.В., Марков А.А. Средства построения систем поддержки принятия решений по предупреждению и ликвидации ЧС. Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. №4. - М., 2008.

[Ноженкова, 2004] Ноженкова Л.Ф. Гибридные информационные технологии: направления развития и применения // Вестник КрасГУ. - Красноярск: КрасГУ, 2004.

[Потапычев и др., 2003] Потапычев C.Н., Панькин А.В. Геоинформационная система как основа поддержки принятия решений // Инновации. - №8, 2003.

Размещено на Allbest.ru