Поддержка принятия решений в международном ситуационном центре анализа последствий агрессивных воздействий на окружающую сред

В 21-ом веке человечество серьезно озаботилось вредоносным антропогенным воздействием на окружающую среду, вызванным кризисными ситуациями (КС), которые могут возникнуть как случайно в результате непреднамеренных действий, техногенных и природных катастроф, так и в результате злого умысла (например, теракта). Количество и масштабность преднамеренных угроз окружающей среде со стороны террористов неуклонно растет, а многие производственные сооружения и объекты инфраструктуры являются весьма уязвимыми: системы водоснабжения, сельскохозяйственные угодья, склады с химическими удобрениями, сельскохозяйственные культуры и фермерские хозяйства, городская инфраструктура, промышленные предприятия [1].
Недавние примеры непреднамеренного загрязнения жизненно важных ресурсов продемонстрировали, какое это может иметь воздействие на потребителей. Если предположить, что катастрофа, подобная Чернобыльской аварии могла быть вызвана преднамеренными действиями, то можно представить ущерб, наносимый подобными КС окружающей среде.
КС крупного масштаба (федеральные или трансграничные) наносят окружающей среде ущерб, который редко ограничивается пределами одной страны. Для противостояния подобным угрозам требуется консолидация усилий ряда государств, что вызвало настоятельную необходимость создания международного ситуационного центра (МСЦ) анализа последствий агрессивных воздействий на окружающую среду.

МСЦ как контрмера против экотерроризма создается по проекту SITCEN в рамках Программы НАТО «Наука ради мира и безопасности». Основными исполнителями проекта определены Университет Пармы - Consortium for Environmental Sciences (Италия) и Академия геополитических проблем (Российская Федерация). Прототип МСЦ поручено создать Российской академии государственной службы при Президенте РФ.
Замечу, что наметилась путаница в терминологии: термин «экотерроризм» в литературе чаще употребляется совсем в другом смысле – как «применение или угроза применения насилия криминального характера против законопослушных граждан или их собственности организациями, считающими себя защитниками окружающей среды и действующими по политическим или экологическим мотивам». По оценке ФБР, общий ущерб от экотерроризма превысил $100 млн. Примеры такого экотерроризма: диверсии на линиях электропередач; поджоги станций лесной службы, деревоперерабатывающих предприятий, фирм по переработке мяса, горнолыжного курорта; нападения на зверофермы и научные лаборатории, где медицинские препараты испытывают на животных .
В настоящем докладе рассматривается возможность использования разработанных нашим авторским коллективом двух информационно - аналитических систем в интересах поддержки принятия решений в МСЦ.

1. Выбор мониторинговой ИАС для МСЦ
Важное место в программном инструментарии ситуационных центров занимают мониторинговые информационно-аналитические системы (ИАС), которые работают, в основном, в режиме мониторинга, позволяя в интересах последующего принятия решений отслеживать исследуемый процесс в близком к реальному масштабу времени, что для таких динамичных процессов, как кризисные ситуации (вызванные, например, терактами), является совершенно необходимым.
Практика показала, что зачастую приходится вести мониторинг информации о различных пространственно-распределенных событиях (в том числе, террористических актах), для чего приходится использовать электронные карты. Это связано с тем, что человек (да ещё и в условиях стресса) испытывает трудности в извлечении знаний из текстов сообщений, в то время как извлечение знаний из графической информации оказывается для него менее трудоемким. В полной мере это относится и к информации, представленной на электронной карте. Использование специальных геоинформационных систем для обработки информации о различных пространственно-распределенных событиях из-за сложности их эксплуатации не всегда оправдано.

1.1.Требования к мониторинговой ИАС МСЦ
К мониторинговым ИАС МСЦ предъявляются следующие требования:
простота общения с ИАС конечных пользователей, зачастую не имеющих специальной подготовки в области информационных технологий;
снижение информационной нагрузки на конечного пользователя, предоставляя ему только существенную для него информацию;
простота технической эксплуатации системы;
автоматизация отображения на электронной карте связанных с заданными типами КС пространственно-распределенных событий;
реализация основных аналитических функций.
Всем этим требованиям удовлетворяет отечественная инновационная ИАС «Ангара», предназначенная для повышения полноты и оперативности информационно-аналитического обслуживания пользователей по заданной проблематике за счет автоматического формирования банка данных (БД) на основе информации из различных источников (сеть Интернет, электронная почта, базы данных, электронные текстовые документы различных форматов), удобного поиска информации в БД и поддержки аналитических исследований текстовых информационных материалов.

1.2. Основные достоинства ИАС «Ангара»
Снижение информационной нагрузки на конечного пользователя благодаря:
а) наличию различных режимов поиска информации в базах данных системы:
- поиск с уточнением тематики;
- поиск с автоматическим формированием рефератов сообщений, источников и тематик сообщений;
- поиск с использованием электронной карты;
б) наглядной графической репрезентации результатов аналитических расчетов;
в) «скачиванию» информации из сети Интернет не только по адресам, но и по заданным пользователем тематикам;
г) дифференцированному распределению результатов «скачивания» информации по пользователям в соответствии с их информационными профилями.

2. Простота общения с ИПС «Истра-2006» конечных пользователей на основе «дружественного» интерфейса» за счет использования сформированных разработчиком заранее для данной предметной области моделей информационно-поисковых запросов.
3. Обеспечение возможности автоматической «привязки» событий, выделенных из входных информационных сообщений, к географическим объектам, представленным на электронных картах; при этом электронная карта служит также в качестве графического интерфейса, позволяя получить атрибутивную информацию, связанную с определенным географическим объектом.
4. Поддержка основных механизмов аналитических исследований (контент-анализ и ивент-анализ информационных материалов, автоматический мониторинг событий, связанных с заданными пользователями объектами и/или персонами), что позволяет оперативно проводить аналитические исследования информационных материалов.
5. Ведение картотек различных объектов («проблемы», «государства», «международные организации», «персоны» и т.п.), что позволяет реализовать различные прикладные информационные технологии, построенные на базе ИАС «Ангара».

6. Простота технической эксплуатации системы за счет максимальной автоматизации процесса ввода информации в базы данных с использованием автоматической рубрикации входной информации, работы ИАС «Ангара» на локальном компьютере, в локальных сетях и сети Интернет под управлением операционной системы (ОС) в среде Windows 98, NT WorkStation, NT Server, Windows 2000 (WorkStation, Server), Windows XP.
7. Высокие адаптационные возможности ИАС «Ангара», обусловленные наличием механизма автоматизированного формирования и коррекции моделей информационно - поисковых запросов, настраивающих её на различные предметные области.

2. Результаты апробации ИАС «Ангара».
2.1. Поиск с уточнением тематики («разлив нефти»)
2.1а. Инициация поиска
ЗАМЕНА РИСУНКА

2.1б. Вид поискового запроса
[.(токсичнЪ ртутЪ [тяжелые металлы] [(промышленЪ бытовыЪ химическЪ радиактивнЪ радиационЪ ) (сбросЪ выбросЪ стокЪ отходЪ загрязненЪ)]) (!воды водоемЪ !рек !реки !реку !река !озер !озеро !озере !море !моря !океан !океана рыбЪ)]+[.нефтЪ (пятнЪ пленкЪ концентрацЪ !ПДК загрязненЪ выльютЪ разливЪ выльетЪ катастрофЪ авариЪ ) (!воды водоемЪ !водах !рек !реки !реку !река !озер !озеро !озере !море !моря !океан !океана рыбЪ танкерЪ пляжЪ побережЪ)] [.(токсичнЪ вредныЪ опасныЪ ртутЪ [тяжелые металлы] автотранспортЪ промышленЪ бытовыЪ химическЪ радиактивнЪ радиационЪ !ПДК) (сбросЪ утечкЪ выбросЪ загрязненЪ) (воздухЪ атмосферЪ воздушнЪ)] [.(токсичнЪ ртутЪ [тяжелые металлы] [(промышленЪ бытовыЪ химическЪ радиактивнЪ радиационЪ ) (сбросЪ выбросЪ стокЪ отходЪ загрязненЪ)]) (земельЪ землЪ почвЪ грунтЪ)]+[.нефтЪ (пятнЪ пленкЪ концентрацЪ !ПДК загрязненЪ выльютЪ разливЪ выльетЪ катастрофЪ авариЪ ) (земельЪ землЪ почвЪ грунтЪ)]

2.1в. Результаты поиска с автоматическим формированием источников сообщений

2.2. Получение справки из картотеки
Справка о чрезвычайной ситуации в районе Керченского пролива
Дата, место, время аварии - 11.11. 2007 г., Керченский пролив и акватория Черного моря (Краснодарский край, Темрюкский район).
Наименование нефтепродукта – мазут.
Общее количество нефтепродукта – 8777 т.
Количество вылившегося нефтепродукта – 2000 т.
Площадь загрязнения морской акватории.
По данным авиаразведки на 16.11.2007 г. площадь нефтяных пятен, которые удалось обнаружить визуально с воздуха, составляет ориентировочно 7,5 – 10 млн. кв. м. (по информации Главного управления МЧС России по Краснодарскому краю). По состоянию на 21.11.2007 г. данная информация не подтверждена.
6. Протяженность загрязненной береговой линии.
По данным Росприроднадзора загрязнено 113000 м. береговой линии. Вместе с тем наблюдается повторное загрязнение (продолжается выброс мазута на берег). Протяженность сильнозагрязненной береговой линии составляет приблизительно 49000 м.
7. Глубина загрязнения береговой линии – до 3 м.

2.3. Мониторинг КС «разлив нефти» с использованием ЭК.
2.3.1. Результат автоматического нанесения на электронную карту информации о разливах нефти в Черном море в период 2007-2008 гг. (фрагмент).

2.3.2. Результат автоматического нанесения на ЭК информации о выбранной конкретной ЧС - разливе нефти в Керченском проливе в августе 2007 г.

2.3.3. Атрибутивная информация, связанная с выбранной КС (разлив нефти) и географическим объектом (Керченский пролив) (фрагмент).

3. Выбор системы поддержки принятия решений в МСЦ.
3.1. Требования к СППР.
Центральной проблемой, возникающей при ликвидации последствий КС, является принятие решений, для чего создаются системы поддержки принятия решений (СППР), позволяющие существенно повысить оперативность и эффективность действий в КС.
К СППР в МСЦ предъявляются следующие требования:
1) работа в условиях жесткого лимита времени, отведенного на оценку обстановки и принятие решений в КС;
2) высокие требования к качеству принимаемых с использованием СППР решений;
3) удобство взаимодействия с СППР с пользователями, не имеющими специальной подготовки в области информационных технологий;
4) работа с неполной, слабоформализованной и нечеткой исходной информации о КС;
5) возможность накопления знаний об имевших место КС с целью использования при принятии решений имеющегося опыта разрешения кризисных ситуаций;

6) удобство работы с большими массивами данных;
7) возможность консолидировать разнородную информацию о КС,
хранящуюся в различных форматах и организовать высокоскоростной доступ к ней.
Существующие подходы к созданию СППР не в полной мере соответствуют вышеуказанным специфическим условиям принятия решений в КС и предъявляемым требованиям к СППР, что не позволяют использовать здесь известные подходы.
Это вызвало настоятельную необходимость разработки новой СППР, отвечающей всем перечисленным выше требованиям.
Экспертная система поддержки принятия решений в кризисных ситуациях (ЭС ПРКС) предназначена для поддержки принятия управленческих решений в условиях кризисной ситуации, вызванной природными, техногенными и другими факторами. Работа ЭС ПРКС основана на автоматической классификации текущей кризисной ситуации в условиях неполной и нечёткой входной информации и формировании рекомендаций по преодолению кризисной ситуации на основании действующих нормативных документов в соответствии с распознанным классом текущей кризисной ситуации.

3.2. Основные достоинства ЭС ПРКС
Возможность автоматизированного обучения системы с использованием отклассифицированной экспертом обучающей матрицы прецедентов кризисных ситуаций и автоматической классификации текущей кризисной ситуации с использованием ранее сформированных системой правил классификации.
Возможность работы со слабо формализованной нечеткой информацией, для чего в ЭС ПРКС реализован математический аппарат нечеткой логики и созданы элементы управления для работы с такими данными - движки, позволяющие пользователю задать уровень достоверности значений признаков в описании кризисных ситуаций.
Пользовательский интерфейс спроектирован с учетом требований к отображению большого объема информации без потери информативности и к понижению информационного «шума», для чего реализованы «полупрозрачные» экранные формы и подкрашивание элементов обучающей матрицы с разным уровнем достоверности в разные цвета с целью концентрации внимания пользователя на решаемой проблеме.

Удобство взаимодействия с ЭС ПРКС обеспечивается также другими элементами «дружественного» интерфейса (выпадающие меню, графическая репрезентация результатов расчетов - диаграммы, деревья решений в графической форме, представление деревьев решений на естественном языке, выдача различных справок пользователю).
4. Возможность проведения анализа статистических показателей качества дерева решений встроенными средствами, позволяющего определить, в каком направлении следует повышать качество базы знаний, о кризисных ситуациях какого класса в обучающей выборке меньше всего знаний, какие атрибуты наиболее характерны для того или иного класса кризисных ситуаций и т.п. Все эти возможности позволяют выявлять дополнительные закономерности в базе знаний.

4. Результаты апробации ЭС ПРКС.
4.1. Ввод и редактирование обучающей матрицы

4.2. Построенное автоматически дерево решений

4.3. Обучающая выборка и сгенерированные правила классификации в виде продукций

4.4. Ввод описания текущей КС

4.5. Результат классификации текущей КС

Литература
1. Нельсон Мармироли, Владимир Кривилев, Елена Маестри, Марта Мармироли. Международный ситуационный центр как контрмера против экотерроризма // Ситуационные центры и современные информационно – аналитические технологии поддержки принятия решений: Материалы научно-практической конференции, состоявшейся в РАГС 7-9 апреля 2008 года./ Под общ. ред. А.Н. Данчула. М.,2009.
2. Кретов В.С., Котов Н.М. Информационно-аналитическая система «Ангара» // Ситуационные центры и современные информационно – аналитические технологии поддержки принятия решений: Материалы научно-практической конференции, состоявшейся в РАГС 7-9 апреля 2008 года./ Под общ. ред. А.Н. Данчула. М.,2009.
3. Кретов В.С., Лебедев И.С. Система поддержки принятия решений в чрезвычайных ситуациях на потенциально опасных и критически важных объектах // Ситуационные центры и современные информационно-аналитические технологии поддержки принятия решений. Материалы научно-практической конференции, состоявшейся в РАГС 7-9 апреля 2008 г. / Под общ. ред. А.Н. Данчула.-М.: Изд-во РАГС, 2009.

ВЫВОД:
Рассмотренные в докладе мониторинговая система ИАС «Ангара» и Экспертная системы поддержки принятия решений ЭС ПРКС удовлетворяют всем предъявленным требованиям и могут быть использования в прототипе Международного ситуационного центра, предназначенного для анализа последствий агрессивных воздействий на окружающую среду