Введение
Глава 1. Проблема автоматизированной поддержки предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций 37
1.1. Особенности управления в условиях риска ЧС 37
1.1.1. Объективные тенденции повышения риска чрезвычайных ситуаций 37
1.1.2. Проблемы защиты от чрезвычайных ситуаций 38
1.1.3. Задачи автоматизированной поддержки управления и АИУСРСЧС 39
1.1.4. Проблемы построения территориальных подсистем 40
1.1.5. Проблемы решения функциональных задач 42
1.1.6. Требования к системам и технологиям 44
1.1.7. Формальная постановка проблемы автоматизированной поддержки предупреждения и ликвидации ЧС 46
1.2. Проблема формирования новых подходов в автоматизации задач предупреждения и ликвидации ЧС 47
1.2.1. Анализ существующих разработок и проблема комплексности 47
1.2.2. Общие тенденции развития компьютерных технологий 52
1.2.3. Интеллектуализация программных систем 53
1.2.4. Проблема интеграции технологий геоинформационных и экспертных систем 55
1.2.5. Проблема построения интегрированных систем для решения функциональных задач в территориальных АИУС РСЧС 57
1.3. Задачи диссертационной работы 60
Выводы к главе 1 61
Глава 2. Концептуально-методические основы построения экспертных геоинформационных систем предупреждения и ликвидации ЧС 63
2.1. Интеллектуальные системы и их применение 63
2.1.1. Понятие интеллектуальной системы 63
2.1.2. Экспертные системы и инженерия знаний 65
2.1.3. Нейронные сети и нейроэкспертные системы 68
2.1.4. Применение интеллектуальных технологий в задачах предупреждения и ликвидации ЧС 69
2.2. Геоинформационные системы и их применение 74
2.2.1. Понятие геоинформационной системы 74
2.2.2. Модели данных для представления картографической и семантической информации 76
2.2.3. Информационно-графическое моделирование 78
2.2.4. Применение ГИС-технологий в задачах предупреждения и ликвидации ЧС 79
2.3. Построение экспертных геоинформационных систем как интегрированных систем поддержки принятия решений 81
2.3.1. Процесс принятия решений и концепция автоматизированной поддержки 81
2.3.2. Автоматизация процесса принятия решений и компьютерные технологии 87
2.3.3. Понятие экспертной геоинформационной системы и принципы построения 89
2.3.4. Развитие функциональных возможностей ГИС и ЭС в интегрированной системе 91
2.4. Методические концепции построения ЭГИС ЧС 94
2.4.1. Сценарный подход к решению задач по предупреждению и ликвидации ЧС 96
2.4.2. Применение сценарного подхода для формирования решений 97
2.3.2. Критерии выбора решений 99
2.3.4. Ситуационный подход к формированию решений 101
Выводы к главе 2 103
Глава 3. Модели знаний для построения и применения ЭГИС ЧС 103
3.1. Особенности представления и применения знаний в ЭГИС 103
3.1.1. Модели знаний и реализация ситуационного сценарного подхода 103
3.1.2. Модели знаний и информационно-графическое моделирование 106
3.1.3. Требования к модели знаний в ЭГИС ЧС 107
3.2. Базовые модели знаний для ЭГИС 108
3.2.1. Продукционная модель 108
3.2.2. Фреймовые конструкции 111
3.2.3. Представление и применение нечетких знаний 112
3.2.4. Представление и применение ннадежных знаний 117
3.3. Гибридная модель знаний для экспертной геоинформационной системы 118
3.3.1. Объектно-ориентированная продукционно-фреймовая модель знаний с процедурными расширениями 118
3.3.2. Основные формы символьных конструкций ЯПЗ и их интерпретация 121
3.3.3. Стратегии логического вывода 126
3.4. Вспомогательные формы представления знаний 128
3.4.1. Представление продукций в конечных предикатах 128
3.4.2. Использование секционированных троичных матриц дизъюнктов 133
Выводы к главе 3 137
Глава 4. Методы построения и применения PSA-структуры знаний для формирования решений в ЭГИС ЧС 139
4.1. Проблема эффективности вывода 139
4.2. Структурирование знаний 142
4.2.1. PSA-структура продукционной системы 142
4.2.2. Логический вывод с использованием PSA-структуры 146
4.2.3. Отношения на множестве продукций 148
4.2.4. Построение PSA-структуры "сверху вниз" 149
4.2.5. Построение PSA-структуры "снизу вверх" 152
4.2.6. Смешанная формально-эвристическая процедура построения PSA-структуры 160
4.3. Структурирование нечетких знаний 165
4.3.1. Отношения на множестве нечетких продукций 165
4.3.2. Особенности построения PSA-структуры 167
4.4. Применение PSA-структуры для построения сценариев решений 168
4.4.1. Построение сценариев решений 168
4.4.2. Оценивание решений и выбор альтернатив 169
Выводы к главе 4 170
Глава 5. Объектно-ориентированная реализация экспертных геоинформационных систем 172
5.1. Построение экспертной геоинформационной системы 172
5.1.1. Экспертная ГИС как интегрированная система 172
5.1.2. Многоуровневая объектно-ориентированная модель . 174
5.2. Построение ГИС в составе интегрированной системы 180
5.2.1. Требования к функциям и структуре ГИС в интегрированной системе 180
5.2.2. Объектно-ориентированная модель ГИС 181
5.2.3. Объектная реализация функций ГИС и ее возможности 183
5.3. Построение экспертной системы в составе ЭГИС 185
5.3.1. Структура и функции экспертной системы 185
5.3.2. Объектно-ориентированная модель экспертной системы 186
5.3.3. Реализация стратегий вывода 189
5.4. Инструментально-технологические требования 190
5.1. Требования к инструментальным средствам 190
5.2. Общие технологические требования 193
5.3. Технология прототипирования 194
Выводы к главе 5 195
Глава 6. ЭСПЛА: инструментальная среда для построения экспертных геоинформационных систем 197
6.1. Назначение и состав инструментальных средств системы ЭСПЛА . 197
6.2. Средства построения ГИС в интегрированной системе 198
6.2.1. Структура и функции ГИС CarSys 198
6.2.2. Объектно-ориентированная программная реализация ГИС 200
6.2.3. Форматы картографических данных 201
6.2.4. Реализация связей с атрибутивными данными 205
6.2.5. Импорт и сохранение электронной карты 206
6.3. Оболочка экспертной системы 209
6.3.1. Назначение и состав оболочки ЭС 209
6.3.2. Словарь системы и представление фактов 211
6.3.3. Представление тематических знаний 211
6.3.4. Структурный редактор знаний 214
6.3.5. Интерпретатор знаний и реализация стратегий логического вывода 216
6.4. Общие требования к процессу проектирования прикладных систем с применением инструментальной среды ЭСПЛА 221
6.4.1. Проектирование прикладной системы 221
6.4.2. Требования к программному и техническому обеспечению . 222
6.5.Технологические этапы построения прикладной системы 224
6.5.1. Настройка на предметную область: наполнение словаря . 224
6.5.2. Формирование тематических баз знаний 224
6.5.3. Подключение расчетных библиотек 225
6.5.4. Создание ГИС приложений 226
6.5.5. Подключение тематических баз данных 226
6.5.6. Разделение прав доступа к ресурсам 227
Выводы к главе 6 228
Глава 7. Системы поддержки принятия решений по предупреждению и ликвидации ЧС 230
7.1. Область применения инструментальной системы ЭСПЛА 230
7.2. Экспертная геоинформационная система по ликвидации химических аварий 232
7.2.1. Назначение, функции и состав системы 232
7.2.2. Тематические базы знаний 234
7.2.3. Библиотека электронных карт 236
7.2.4. Базы данных системы ЭСПЛА по химическим авариям 237
7.2.5. Программная библиотека расчетных методик 243
7.2.6. Функционирование системы 244
7.3. Поддержка принятия решений по ликвидации аварий на промышленных объектах 247
7.3.1. Назначение и особенности построения системы . 247
7.3.2. Задачи системы 248
7.3.3. Информационно-методическое наполнение системы 249
7.3.4. Контроль рисков аварийных ситуаций на промышленных объектах 251
7.4. Применение системы ЭСПЛА для поддержки действий оперативной службы 252
7.4.1. Назначение системы 252
7.4.2. Технология разработки и тиражирования 254
7.5. Другие приложения и перспективы применения инструментальной системы ЭСПЛА 256
Выводы к главе 7 259
Глава 8. Решение задач по предупреждению ЧС 261
8.1. ГИС «Безопасность региона» 261
8.1.1. Цели и задачи системы 261
8.1.2. Основные результаты 263
8.2. Анализ состояния гидроэкосистемы с учетом риска возникновения ЧС 264
8.2.1. Гибридный подход к реализации системы 264
8.2.2. Основные функции системы 267
8.3. Прогнозирование пожарной опасности лесов 270
8.3.1. Проблема оперативного прогнозирования лесных пожаров 270
8.3.2. Система нечетких знаний 272
8.4. Долгосрочное прогнозирование ЧС 274
8.4.1. Прогнозирование последствий глобальных климатических изменений 274
8.4.2. Проблемы анализа климатической информации 277
Выводы к главе 8 284
Заключение 285
Список использованных источников 289
Приложение 1. Список сокращений 316
Приложение 2. Дополнительные иллюстрации 318
Приложение 3. Примеры рекомендаций 327
Приложение 4. Документы о применении результатов диссертационной работы 343
