Организация данных в виде семантической сети, а также их графическое представление позволяет упростить аналитическую обработку данных, поступающих к диспетчеру авиалесоохраны. В частности, применение информационно-аналитической системы для поддержки процессов принятия решений помогает при минимальном финансировании улучшить ситуацию с прогнозированием очагов возгорания.
![](/data/153/532/1234/067_1.jpg)
Охрана лесов от пожаров — важнейшая государственная задача. Например, в [1] говорится: «О том, что в лесах и на брошенных торфяниках Подмосковья сложилась высокая степень пожарной опасности, было известно всем. Однако не было налажено ни патрулирования, ни борьбы с возгораниями на самой ранней стадии, когда она наиболее эффективна. Отвечающие за это структуры на местах пытались действовать в рамках своих весьма ограниченных сил, однако не получив поддержки и усиления, быстро потеряли контроль над ситуацией».
Из-за недостаточного финансирования перед диспетчерами сотен подразделений авиалесоохраны стоит задача оптимального распределения и использования имеющихся технических средств при минимальных финансовых затратах. К сожалению, множество факторов не позволяют быстро и правильно принимать решение — необходимо собрать все имеющиеся данные, обработать и представить их в удобном виде. Обработка подразумевает выделение и суммирование всех фактов в пользу конкретного варианта решения с учетом коэффициентов значимости каждого факта, и получение всех вариантов решения с указанием их предпочтения. При этом, важно исключать варианты, противоречащие здравому смыслу и нормативно-регламентирующим документам. Очевидно, что большинство информационных задач авиалесоохраны можно выполнять с помощью аналитической системы, ориентированной на поддержку принятия решений. Рассмотрим автоматизацию деятельности диспетчера с помощью информационно-аналитической системы НЕВОД.
Особенности предметной области и ее модель
Совокупность лесопожарных служб и неспециализированных подразделений, осуществляющих комплекс мероприятий по противопожарной профилактике в лесах, обнаружению и тушению пожаров, составляют систему охраны лесов от пожаров. Особое место здесь принадлежит специализированной службе «Авиалесоохрана». Общее руководство и координация всех авиалесоохранных работ осуществляется Центральной базой. Всего в системе «Авиалесоохрана» действует несколько сотен подразделений (авиаотделений, авиагрупп и оперативных точек). Каждое авиаотделение обслуживает определенную территорию лесного фонда, укомплектовывается личным составом парашютистов и десантников-пожарных, другими категориями работников, полевым снаряжением, средствами пожаротушения, связи, транспортом и т.д. За авиаотделением закрепляются воздушные суда. Парашютисты и десантники-пожарные объединяются в группы по 5-6 человек, возглавляемые инструктором. Несколько групп объединяются в команды до 30 человек во главе с инструктором команды.
Управление работой лесопожарных служб осуществляется пунктами диспетчерского управления (ПДУ) авиазвеньев, региональных и центральной авиабаз и органов управления лесным хозяйством. Ежедневно в начале рабочего дня ПДУ передает каждому отделению класс пожарной опасности по условиям погоды на обслуживаемой территории и режим работы (время вылетов и кратность авиапотрулирования), а также дает указания по выполнению других работ.
![]() |
Рис. 1. Фрагмент предметной области, описанной в системе НЕВОД |
Представленную предметную область необходимо отразить в системе НЕВОД, где данные описываются в виде набора типов объектов (рис. 1).Для каждого типа указывается совокупность информационных атрибутов. Данные хранятся в виде объектов заданных типов, имеющих конкретные значения атрибутов. Поддерживается широкий набор типов атрибутов, среди которых есть простые типы (символьная строка, справочник, различные виды чисел, дата, мультимедиа) и типы-ссылки, позволяющие задавать бинарные отношения между объектами. Для использования в авиалесоохране предлагается задать следующие типы объектов.
- Ресурсы: структурные подразделения авиалесоохраны (авиабазы, авиазвенья, авиаотделения, авиаточки и т.д.); прочие предприятия (авиапредприятия, лесхозы, лесничества, МЧС и т.д.); технические средства (средства тушения, воздушные суда, парашютная техника); личный состав (начальники авиабаз, командиры авиазвеньев, пилоты, летнабы, инструктора, парашютисты-пожарные и т.д.).
- Задачи, процессы и события (лесопатруль, тренировка, переброска и т.д.).
- Данные (показатели, факты готовности и т.д.).
- Документация: законы; приказы (документы, фиксирующие значение каких-либо данных, влияющих на принятие решений, принимающие или отменяющие нормативы); нормативы (например, гарантийный срок эксплуатации технических средств.); допуски к выполнению тех или иных работ (приказы, указывающие, кому и на какой период разрешается выполнять какие-либо работы); справочники (наборы данных, значения которых постоянны); договоры (документы, указывающие, например, какие технические средства сторонних организаций можно использовать и на каких условиях; формы отчетности (совокупность данных, которые необходимо предоставить по месту требования).
Между объектами существуют ориентированные бинарные связи, состоящие из пары соединяемых объектов и текстового атрибута — «окраски» бинарной связи. Для каждого атрибута указывается, может ли он принимать множественные значения (хранить несколько значений сразу) и является ли он аннотирующим. Текстовые представления значений аннотирующих атрибутов используются для формирования краткого текстового описания (аннотации) всего информационного объекта. Особенность предметной области отображается в том, что часть атрибутов вынесена в отдельные объекты. Например, ДОЛЖНОСТЬ является не просто словарным атрибутом объекта РАБОТНИК, а ссылкой на отдельный объект ДОЛЖНОСТЬ — это позволяет создавать связи с такими объектами и строить обобщенные диаграммы. Использование мультимедийных атрибутов позволяет хранить в базе дополнительную информацию различных типов (снимки из космоса, электронные карты формата геоинформационных систем, интерактивные диаграммы и электронные таблицы, отсканированные копии реальных документов и т.д.).
Для удобства ввода и обработки информации простые объекты группируются в интегрирующие объекты в виде документов, данные в которые заносятся по тематическому принципу (например, один документ соответствует одной задаче или одному структурному подразделению).
При формировании графического представления семантической сети [2] информационные объекты изображаются в виде прямоугольников (узлов диаграммы), а их связи — в виде ломаных линий (дуг диаграммы), соединяющих соответствующие прямоугольники. В каждом прямоугольнике содержится аннотация объекта, соответствующего данному прямоугольнику. Аналогично около каждой ломаной линии содержится описание соответствующей бинарной связи: либо название атрибута, значение которого образует связь, либо название бинарной связи. Прямоугольники и соединяющие их линии называют элементами диаграммы. Набор визуализируемых объектов, связей, а также их текущее взаиморасположение образуют диаграмму (рис. 2).
![](/data/157/532/1234/067_3.jpg)
Все диаграммы условно можно разделить на три вида: с горизонтальными связями; с вертикальными связями; с тематическими связями. Диаграммы горизонтальных взаимосвязей могут быть в нескольких вариантах. С точки зрения конкретизации можно выделить следующие уровни диаграмм.
- Теоретический уровень. На диаграмме обобщенно отображаются задачи, цели функционирования каких либо объектов и т.д. Например, "задача - проведение лесопатрульного полета, цель - определение готовности выполнения лесопатрульного полета".
- Стратегический уровень. Показываются принципиальные взаимосвязи между решениями, типами ресурсов, видами данных и т.д. Например, диаграмма с объектами: ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА (ТС), ФАКТ ГОТОВНОСТИ ТС, КРИТЕРИЙ ГОТОВНОСТИ ТС и т.д., наглядно демонстрирует, что все технические средства характеризуются фактом (состоянием) готовности, имеют свои критерии готовности и т.д. Диаграммы как теоретического, так и стратегического уровня полезны преимущественно при подготовке и переподготовке специалистов.
- Тактический уровень. Отображаются связи между объектами на уровне конкретных нормативов и требований. Например, диаграмма с объектами: ПАРАШЮТИСТ-ПОЖАРНЫЙ, ДОПУСК К ПРЫЖКАМ С ПАРАШЮТОМ 'ЛЕСНИК-2', ГОТОВНОСТЬ К ВЫПОЛНЕНИЮ ПРЫЖКА С ПАРАШЮТОМ 'ЛЕСНИК-2' наглядно показывает, что одно из требований готовности парашютиста-пожарного к выполнению прыжка с парашютом "Лесник-2" является наличие у него допуска с названием "Допуск к прыжкам с парашютом 'Лесник-2'". Данный уровень диаграмм позволяет в обобщенном виде сконцентрировать на экране диспетчера информацию о большом количестве документов, что упрощает подготовку новых методик и распоряжений, исключая логические ошибки при планировании реорганизаций, разработке и внедрении новых технологий. Например, при планировании отмены того или иного документа наглядно видно какие службы затрагивает данный документ, какие еще документы придется скорректировать, кого необходимо оповещать и т.д.
- Оперативный уровень. Показывает связи между конкретными объектами и текущими данными. Например, "парашютист-пожарный Петров, допущен к прыжкам с парашютом 'лесник-2' с 05.02.2002 по 05.02.2004, на 15.06.2003 Петров готов к выполнению прыжка с парашютом 'лесник-2'". Отражая реальную обстановку этот уровень позволяет анализировать текущую ситуацию, наблюдать возможные причины проблем, пути выхода из кризиса, упрощает процесс формирования правильных управленческих решений.
- Настроечный уровень для системы поддержки принятия решений (СППР). Показывает связи между настройками (влияющими факторами): значениями коэффициентов предпочтения (весовых коэффициентов или коэффициентов значимости) и процедурами принятия решений. Может быть использован для визуального обоснования принятых решений. Например, "остаток ГСМ 3000 тонн, коэффициент значимости 0,3, принято решение о вылете 15.06.2003".
На рис. 2 для пояснения одновременно показаны объекты разных уровней. Некоторые объекты могут входить сразу в несколько уровней. Чем выше конкретизация информации, тем больше объектов участвует в логической цепочке. Для наглядности отображаются не все связи и не все объекты нужного уровня, а только отобранные в соответствии с настройками текущего фильтра [3]. Для связи объектов разного уровня конкретизации и разных уровней подчиненности существуют вертикальные связи: «Входит в состав»; «На основании»; «Вертикальная подчиненность»; «Последовательность действий». Значение атрибутов отдельных объектов может по вертикальным связям передаваться с низших уровней к верхним. Например, если на диаграмме с отображением только верхнего уровня объект ГОТОВНОСТЬ выделен красным, значит на оперативном уровне какой-то из объектов «не готов», как в примере из рис. 2, или нужная цепочка связи не сформирована (исполнители не назначены).
Варианты отображения тематических диаграмм можно классифицировать по фильтрам, оставляющим на диаграмме следующие виды бинарных связей между объектами: ПРИНИМАЕТ РЕШЕНИЕ, ВЫПОЛНЯЕТ, КОНТРОЛИРУЕТ и т.д. Кроме простых фильтров, настроены комплексные фильтры, которые оставляют несколько видов определенных связей между строго заданными объектами. Такой подход позволяет формировать обобщенные тематические диаграммы. Опишем некоторые из них:
- Фильтр «Обобщенная схема готовности» (тактический уровень). Объекты: ВИД ЗАДАЧИ, ТИПЫ ДАННЫХ, ДОЛЖНОСТИ, ВИДЫ ДОПУСКОВ, ТИПЫ ТС и т.д. Связи: «необходимо», «влияет», «контролирует», «последовательность действий» и т.д. Используя данный фильтр можно, например, сформировать наглядную схему, поясняющую вновь прибывшему работнику структурного подразделения перечень и последовательность действий по подготовке к пожароопасному сезону с учетом имеющихся технических средств и местных особенностей.
- Фильтр «Схема готовности» (оперативный уровень). Объекты: ЗАДАЧА, ДАННЫЕ, РАБОТНИК, ДОПУСКИ, ТС и т.д. Связи: «необходимо», «влияет», «контролирует», «последовательность действий» и т.д. Характерный пример данной диаграммы изображен на рис. 2.
- Фильтр «Анализ задачи». Связи: «нет», «да», «+», «-», «необходимо», «влияет», «контролирует», «на основании» и т.д. Например, диаграмма отображения объектов: ДОПУСК НА ВЫСАДКУ ПАРАШЮТИСТОВ, ПРИКАЗ ПО АВИАБАЗЕ, НАЧАЛЬНИК АВИАБАЗЫ и т.д., с соответствующими связями показывает всю связанную с получением допуска информацию, в частности: на основании чего, на какой срок, чей приказ и т.д.
Удобный механизм создания фильтров позволяет формировать или редактировать их непосредственно диспетчером даже для решения разовых задач, в частности для отображения данных, связанных с конкретным объектом. Например, после вывода на экран объекта ПАРАШЮТ ПТЛ-72 и двойного щелчка мыши, благодаря соответственно настроенному фильтру, на экран будут выводится только объекты, связанные с данным парашютом: ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ ПАРАШЮТОВ ПТЛ-72, ПРИКАЗ НА ПРОДЛЕНИЕ СРОКОВ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПАРАШЮТОВ ПТЛ-72, и т.д.
Поддержка принятия решений
После создания, настройки описания предметной области и заполнения соответствующих данных можно упростить процесс принятия решения с помощью подсистемы динамического анализа следующих задач.
Анализ или постановка задач, назначение исполнителей и ответственных. Объект типа «Задача», кроме атрибутов, хранящих описание решения, содержит связи с соответствующими объектами других типов. После того, как с помощью стандартных процедур выполнения запроса [3] в базе данных будет найден объект с нужной задачей, требуется выполнить команду «Добавить объект в диаграмму». По щелчку мыши в диаграмму добавляются все объекты, связанные с данной задачей. Вся информация, связанная с задачей, сгруппирована в четыре основных категории.
- Возможность. Сюда относятся, в основном, "внешние", не зависящие от самого подразделения данные (например, форс-мажорные факторы, технические ограничения и т.д.), которые определяют гипотетическую возможность выполнения поставленной задачи.
- Готовность. Показатели, характеризующие степень готовности технических средств и личного состава, наличие расходных ресурсов, соответствующих приказов, допусков и т.д.
- Целесообразность. Перечень положительных и отрицательных факторов, рекомендации, нормативы и предписания, расчетные показатели, отражающие условную степень "целесообразности" выполнения данной задачи.
- Мероприятия. Перечень мероприятий в виде простых сгруппированных списков или в виде последовательности действий. Возможно использование альтернатив и связей типа "Да", "Нет".
Подобное представление позволяет организовать визуальный пошаговый поиск нужной информации, не только отображающейся на диаграмме, но и более подробной информации, хранящейся в атрибутах. Это относится и к данным мультимедиа. Например, найдя на диаграмме объект КАРТА КИРОВСКОЙ ОБЛАСТИ можно открыть в отдельном окне цифровую карту области. Уровень конкретизации и соответственно перечень выводимых объектов определяется текущим фильтром.
Таким образом, совокупность объектов и связей играет роль шаблона действий, необходимых для выполнения мероприятия. Шаблон может быть и не обязательно полным, а определяться только до тактического уровня. «Спустившись» по вертикали до оперативного уровня, можно отобразить весь список доступных ресурсов и установить связь задания с конкретными объектами (назначить конкретных исполнителей). После этого можно, запустив подпрограмму, сформировать и распечатать приказ о выполнении данного задания, с перечнем исполнителей, ответственных лиц и другой соответствующей информацией, перечень которой хранится в атрибутах обрабатываемой записи задания.
Анализ возникших проблем, выбор путей решения. На одном экране невозможно отобразить информацию о состоянии большого количества объектов, поэтому предлагаемая технология позволяет реализовать иерархический доступ к сигнальной информации. Например, если после динамического анализа по определенной процедуре изображенный на диаграмме объект ГОТОВНОСТЬ изменил очертание (в данном примере - жирная рамка), значит какой-то из объектов (или группа объектов) нижнего уровня еще «не готов». После настройки фильтра для отображения только связей, показывающих вертикальную подчиненность, необходимо «распахнуть связь» — на диаграмме отобразятся все подчиненные объекты, от готовности которых зависит готовность данного. Далее нужно распахнуть связь только «проблемного» объекта. Процедура повторяется вплоть до нахождения данных, вызвавших причину отсутствия готовности (рис.3).
![](/data/131/532/1234/067_4.gif)
После этого можно удалить все остальные объекты и сменить настройки фильтра связей. При открытии связей «проблемного» объекта на экране будут изображены все объекты других типов, связанные с данным (например, список ресурсов, факторы, влияющие на решение о готовности, нормативные документы, регламентирующие данное решение, ответственное лицо, исполнитель и т.д.). Двигаясь далее по связям в нужном направлении, можно получить информацию, позволяющую принять решение для устранения проблемы. Например, попав в список доступных ресурсов, заменить «не готовый» на другой, удалив связь «назначен» в одном месте и создав ее в другом.
Контроль за изменениями нормативных документов и оповещение заинтересованных лиц. Большинство мероприятий, действий, процессов в авиалесоохране регламентируется соответствующими инструкциями, приказами и распоряжениями, которые принимаются на основании «вышестоящих» документов. Для каждой инструкции есть приказы об изменениях и дополнениях, телеграммы об отмене некоторых дополнений и т.д. Изменения в одних документах могут повлиять на правомочность и достоверность других. Для упрощения контроля нормативной информации, кроме отображения связей, показывающих структуру подчиненности документов необходимо указать связи с дополнительными объектами, показывающими, кем утвержден данный документ, с кем согласован, кто несет ответственность, кто имеет право отменить и т.д. Отобразив на диаграмме изменившийся документ и открыв связи, можно наглядно наблюдать, какие документы подлежат отмене или переработке (приведению в соответствие), кто должен заниматься (ответственный), на какие мероприятия повлияет внесенные изменения, кого оповещать об изменениях и т.д.
Корректировка, отладка и контроль процедур выработки рекомендаций. В большинстве процедур принятия решений, реализованных в СППР, адекватность зависит не только от количества влияющих критериев, но и от распределения значений. Визуально наблюдая на диаграмме текущее распределение значений критериев, лицо, принимающее решение, может на основании личного опыта и собственных предпочтений исключить из расчета те или иные факторы.
Для контроля и настройки системы необходимо добавить связи и данные, показывающие, на основании чего выбраны те или иные критерии, кем и когда внесены изменения и т.д.. Например, на диаграмме (рис. 4) можно увидеть, на объективность каких решений может повлиять отсутствие или низкая достоверность тех или иных данных. И наоборот — достоверность каких данных наиболее важна для правильности конкретного решения.
![](/data/129/532/1234/067_5.gif)
Существует несколько способов подобной визуальной оценки.
- По числовому значению аннотирующих атрибутов. Например, на схеме на рис 4 видно, что коэффициент значимости фактора «Количество уже известных пожаров» наиболее близок к нулю, значит, его достоверность наименее важна для принятия решения о целесообразности вылета на поиск новых пожаров.
- По количеству влияющих на значение данного параметра факторов (визуально по количеству подходящих к изображенному объекту связей). Естественно чем больше таких факторов, тем более важна достоверность этого параметра, так как больше причин для отклонения его значения.
- По символьному значению аннотирующего атрибута. Прочитав пояснения к отображенным на диаграмме объектам, диспетчер может сделать примерную оценку правильности принятия решения на основании личного опыта.
Заключение
Сегодня применяются различные программы для расчета значимых показателей, однако в них реализованы фиксированные алгоритмы. Так как заранее невозможно предусмотреть все необходимые варианты, авиалесопожароохране требуется программное обеспечение, предоставляющее гибкие возможности по анализу и поддержке принятия решения. Если в хранилище собраны все исходные данные, расчетные формулы и взаимосвязи между показателями, то появляется возможность быстро найти всю нужную для расчета любого показателя информацию с обоснованием методики и ссылками на нормативную и методическую литературу.
Использование системы НЕВОД расширяет круг решаемых задач и повышает эффективность применения систем поддержки принятия решений в авиационной охране лесов. Несмотря на специфику, связанную со сложностью численной оценки эффективности внедрения данной технологии в практику авиалесоохранных работ, можно привести простой пример. Правильно принятое решение о нецелесообразности патрулирования конкретного участка одним самолетом АН-2 экономит в день 50-60 тыс. рублей. Немаловажно также, что возможность визуализации факторов, влияющих на принятие решений, позволяет, в случае необходимости, наглядно обосновывать решения перед контролирующими организациями.
Литература
- Уроки подмосковных лесных и торфяных пожаров 2002 г. Долговременный прогноз на 2003 и последующие годы. http://info.forest.ru/memo/memo0201.html
- Искусственный интеллект: В 3-х кн. Кн. 2.Модели и методы: Справочник / Под ред. В.Н. Захарова, В.Ф. Хорошевского. - М.: Радио и связь, 1990.
- К. Селезнев, В. Борисов. Визуализация семантической сети. // Открытые системы, 2001, № 11.
Роман Котельников (KotelnikovRV@mail.ru ) - старший инспектор ЛПС ФГУ «Авиалесоохрана» (г. Пушкино, Московская область)