28 Фев

МЕТОДОЛОГИЯ АДАПТИВНО-СИТУАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРИРОДНЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ РЕСУРСАМИ МОДЕРНИЗАЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ МОДЕЛЕЙ ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Освоение космического пространства неизбежно поставило вопрос о возможности длительного пребывания человека в условиях, далеких от тех, к которым его организм приспособился в процессе жизни на Земле.

Космос и подобная среда являются враждебной для человека средой, в которой на организм могут воздействовать многие факторы, оказывающие на него негативное влияние, например, невесомость или микрогравитация, давление, различного типа ускорения (ударные, линейные, угловые, Кориолиса), ионизирующие и неионизирующие излучения. При внекорабельной работе повышенную опасность могут представлять перепады давления, температуры, микрометеориты, галактические космические лучи, космический мусор и радиация.

Экспериментальные исследования, проведенные за последние 40 лет с использованием авиационных, ракетных и автоматических космических комплексов и аппаратов показали, что и на других планетах Солнечной системы, а также и на ряде их спутников имеется атмосфера [12].

Однако эти атмосферы таковы, что состав, температура и давление на них несовместимы с жизнью живых существ, которые обитают в условиях планеты Земля. А некоторые из спутников планетарных образований Солнечной системы типа Луны вообще не имеют атмосферы.

В связи с этим при выполнении пилотируемых космических полетов и пребывании на поверхности других небесных тел (планет и их спутников) человек должен быть защищен от воздействия на него всех негативных факторов, характерных для окружающей его космической среды. Такая защита может быть обеспечена лишь в искусственной среде обитания, которая должна создаваться в герметичных объемах пилотируемых космических аппаратов; скафандрах, предназначенных для выхода в открытых космос, и планетных базах. При длительном пребывании человека в космосе среди других проблем проблема обеспечения жизнедеятельности ставится более остро, чем при кратковременных полетах. При этом встают вопросы обеспечения в замкнутом объеме требуемого температурно-влажностного режима, регенерации атмосферы, удаления дыма и других загрязнений, восстановления воды; изоляции, удаления отходов жизнедеятельности человека. Технические решения этих вопросов подробно приведены в работе [12].

Возрастающая роль информациологических процессов и информационных систем – исторический факт, лежащий в основе концепций информационного общества. Другой факт – быстрое, поистине революционное воздействие «информационного разума» на производство, управление, всю жизнь людей. Это дает толчок к развитию информациологических взаимодействий людей и сообществ и, в конце концов, становлению новых производств, взаимоотношений с природой , управлений и т.д., т.е. ноосферальных взаимодействий.

Сложившаяся в настоящее время в космобиосистеме Земли ситуация, которая, в основном, и определяет экологическую безопасность земного сообщества, характеризуется энергопотенциалом автотрофов (ЭПавт), который в результате деятельности человека в течение последних 200 лет снизил этот показатель на 30 %.[6] Так, в 2000 году стабильной природе Земли удалось расщепить СО2 на 0,81·1014 кг – меньше, чем в 1800 году, недопроизвести кислорода – 0,54 ·1014 кг  и углерода – 027· 1014 кг. Из 1,612 1014 кг произведенного природой Земли кислорода, с энергочадящих топках «цивилизации» сожжено 0,346 ·1014 кг, тогда как на гумификацию почвы и дыхание автотрофов досталось лишь 1,266·1014 кг вместо необходимых 2151·1014 кг. Таким образом, только за один 2000 год масса кислорода, изъятая из «оборотных средств» автотрофно-гетеротрофного энергометаболизма, достигла 0,885·1014 кг, что составляет 41,1 % от потребности в О2, требующегося для поддержания биожизни на Земле в равновесно-динамическом состоянии. Повышенная уязвимость человека от понижения содержания кислорода характеризуется энергометаболизмом рефлексирующего человеческого мозга, масса которого составляет лишь сотую долю массы тела, но потребляет пятую часть вдыхаемого кислорода [12]. Снижение уровня атмосферного кислорода на два процента при одновременном повышении диоксида углерода в сорок раз увеличивает опасность исчезновения высших гетеротрофов и, в первую очередь, человека.

Цивилизация Земли в части восполнения дефицита недопроизведенного автотрофами кислорода встала на путь паразитического  изъятия О2 атмосферы, в которой осуществляются физико-химические энергометаболические процессы. Смертельная опасность такого развития событий в том, что начавшийся в 20 веке лавинообразный процесс сжигания углеводородных веществ, вызвавший снижение уровня кислорода и рост массы СО2 в атмосфере, ведет к тотальному разрушению массовых соотношений между взаимодействующими  космоэлементами как в атмосфере, так и в фитогеосфере, вследствие чего жизнесозидающие энергометаболические процессы стремительно вырождаются в жизнеразрушающие. Безызбыточное и самодостаточное соотношение энергоматериальных веществ,как био-, инфо-, технологических ресурсов, обеспечивающих оптимальное протекание энергометаболических процессов в системе жизнедеятельности автотрофных и гетеротрофных организмов и систем, должно быть обеспечено.

По мнению автора работы [10] весь фотосинтезируемый кислород 1 млрд. лет назад распределился между глобальными потребителями космобиосистемы Земля в пропорции:

  • ЭПдых.авт. – на дыхание автотрофов 1,14·1014 кг (53 %), сейчас – 12 %
  • ЭПгумм – на гумификацию поверхностного слоя Земли – 0,47·1014 кг (22 %), сейчас – 16 %
  • ЭПдых.гтро – на дыхание гетеротрофов – 0,54·1014 кг (25 %), сейчас – 24 %
  • ЭПтхп в новой эре изменился от 0 до 13 %.

Автор работы [10] рассматривают два сценария развития ситуации в постновую эру: «суицидный» и «реанимационный».

«Суицидный» сценарий предполагает, что тенденция развития глобальных процессов, сложившихся к 2000 году, может быть эсктропалирована на 21-й век новой эры. Экстраполирование показывает, что сохранение темпов техноантропогенного изменения космобиосистемы Земли приведет ко второй половине 21-го века к следующим результатам:

—        во-первых, физическое истребление мира автотрофов достигнет, как минимум, 43 %, вследствие чего энергопотенциал фотосинтеза снизится на 3,98·1016 ккал, в связи с чем будет «произведено»: кислорода ~ 1,227·1014 кг, углерода ~ 0,613·1014 кг, т.е. 57 % от потребного количества;

—        во-вторых, при этих условиях температура нижних слоев атмосферы может подняться (относительно ординатора) на 5-6◦С, что не только растопит полярные и высокогорные снега и льды, но и поднимет уровень вод Мирового океана на 60÷80 метров, в результате чего сухопутная биота будет смыта с лика Земли.

— в действительности «производство» кислорода и углерода будет меньше, поскольку энергия Солнечных лучей, преодолевая глобальную облачность (которая из-за потепления климата сформируется к 2100 году), приходящаяся на создание хлорофилла из Зеленого листа растений, будет значительно ослаблена;

— озоновый слой, защищающий все живое на Земле от ультрафиолетового излучения Солнца, окажется на грани исчезновения;

— процессы гумификации из-за катастрофического снижения массы окислителя (кислорода) и массы остатков автотрофно-гетеротрофных процессов снизится на порядки, что приведет к тотальной эрозии не только почвы, но и горных пород, вследствие чего обвалы, оползни, селевые потоки и т.п. довершат процесс исчезновения мира автотрофов, а вслед за ним и уничтожение гетеротрофов.

Проблемы экологической безопасности человечества изучаются за рубежом уже более 70 лет, а в России только около 20 лет. Здесь основное внимание уделяется отрицательному воздействию техногенной деятельности человека на окружающую среду и свою жизнедеятельность.

Исторически отмечено наличие на поверхности Земли участков, неблагоприятных для здоровья человека. Такие участки называют «гиблыми местами», а определяли их исследования биофизическими способами. Так, в огороженное пространство запускали домашнюю скотину (коз, овец, свиней), где создавали для нее нормальные условия жизни и через месяц эту живность закалывали. Если наблюдались изменения во внутренних органах, то исследуемый участок признавался негодным. В других случаях на проектируемой территории забивали колья. На их верхушки прикрепляли куски мяса. Через некоторое время осматривали их. Те участки, где мясо быстрее протухало, браковались как непригодные для жилья.

Такие «гиблые места» в настоящее время приобрели название гепатогенных зон, но до сих пор полной картины их свойств и характеристик не имеется. Кроме того, помимо естественных гепатогенных зон, обусловленных воздействием природных полей и излучений, выделяют еще психопатогенные зоны, в которых происходит вредное воздействие на здоровье человека. Это объясняется влиянием вещественного состава материала, из которого изготовлены здания, коммуникации, и процессов движения жидкостей и газов, электрических сигналов (трубопроводные системы), электропроводка, особенности формы зданий и квартир, планировка их интерьера и т.д. Существует также множество зон аномального характера, т.е. неизвестной природы проявлений, которые можно в целом подразделить на зоны положительного и отрицательного воздействия на живые организмы.

Выделяют и комплексные геотехнопатогенные зоны, вредное воздействие которых обусловлено совместным полевым и излучающим воздействием земного и технопатогенного происхождения и космического происхождения. Классифицировать их можно на искусственные и естественные, региональные и локальные (рис. 1).

Рисунок. 1. Классификация аномальных зон Земли и ближайшего космоса.

Негативное влияние патогенных зон земного и техногенного происхождения заключается в воздействии на иммунную систему организма, приводящее к ее ослаблению со всеми вытекающими отсюда последствиями, благоприятствующими  возникновению различных болезней. В этом отношении наиболее опасен рак. По данным зарубежной статистики 60 % больных раком длительное время находились в патогенных зонах. В них быстрее происходит коррозия металлических предметов (труб и других конструкций), быстрее разрушаются фундаменты зданий, происходят сбои в деятельности различных механизмов, нарушается координация движений руками.

Люди по-разному реагируют на эти зоны. Одна категория людей ощущает чувство дискомфорта, преждевременной усталости, иногда и раздражительности. Вторая интуитивно воспринимает эти зоны и старается их избежать, не понимая, почему. Третья категория лиц вообще не ощущает их негативного воздействия или ощущает в незначительной степени, объясняя другими различными причинами. Но у всех них происходит ослабление иммунитета.

Геопатогенные зоны имеют определенные биоиндикационные геофизические и энергетические признаки и характеристики (рис. 2). Они классифицируются по динамическому состоянию, форме проявления, по специфике и природе полевого воздействия, по степени восприятия и по стрессогенности. Выделяются патогенные зоны комплексной природы. К ним относятся космогеопатогенные, антропогеопатогенные и геотехнопатогенные, и большинство из них носит аномальный характер. Только в России их насчитывается более 40. Основные из них перечислены в работе [9].

Рисунок. 2. Общая классификация зон геопатогенного воздействия.

По воздействию на ноосферную жизнедеятельность человека с точки зрения его функционирования в окружающей среде на Земле и в космосе, наибольший интерес в его экологической безопасности могут представлять аномальные процессы и явления, которые по происхождению и проявлению можно классифицировать на космические и ноосферные по физической природе воздействия на десять групп известных физических видов излучений: радиационное и СВЧ, ультрафиолетовое, видимое и ПК, гравитационное и т.д.) [9], по воздействиям на объекты ноосферной деятельности – техногенные, физиологические и окружающей среды, а по качественным и количественным характеристикам и показателям на подгруппы – физические, химические, механические, разрядные и биологические, которые могут быть использованы как параметры для исследований, планирования и управления экологической безопасностью.

Аномальные зоны на Земле и в космосе, а также их проявления могут быть не только естественного происхождения. Причинами возникновения аномальных зон может быть и деятельность людей. Это могут быть и современные кладбища или древние захоронения, разрушенные деревья, АЭС и другие объекты. Причин может быть множество. Все их невозможно перечислить и поэтому целесообразно их классифицировать (рис. 1) на искусственные и естественные по первому уровню, а по воздействию на биообъекты и растения на зоны положительного воздействия и на зоны отрицательного (геопатогенного) воздействия. При этом специалисты выделяют зоны положительного воздействия, прежде всего, на жилье, храмы, здоровье человека, т.е. там, где человеку, животному и растениям хорошо.

Можно выделить восемь видов объектов и процессов, рассмотрение которых из-за их взаимосвязи с жизнедеятельностью человека на Земле и в космосе должно происходить с точки зрения комплексного подхода. Это связано с тем, что исследование и анализ влияния геопатогенных зон на человека и биологические объекты используют методологию либо относительных, либо косвенных методов измерения воздействий и проявлений. Здесь довольно часто ввиду отсутствия методов и инструментального оснащения по исследованию неизвестных полевых структур и образований специалисты применяют биоиндикаторные методы (биотестирование) либо методы хемотопсиса, биорезонансную диагностику, методы биоценоза и т.д., которые являются характеристиками органических процессов. Поэтому в данной статье предпринята попытка комплексно осмыслить всю методологию проявления геопатогенных зон и на основе проведенного структурного анализа показателей, проявлений, восприятий человеком и различными объектами его окружающего мира структурировать характеристические параметры этих проявлений и воздействий.

Наиболее большую группу восприятий и проявлений человека в геопатогенных зонах занимают физиологические параметры, которые как необычные для нормального функционирования организма ощущения в теле человека можно разделить на субъективные и объективные показатели. В работах [5,7,10] представлен подробный анализ классификационных признаков восприятия и проявления человеком геопатогенных зон.

Другая группа психосоциальных восприятий и проявлений человека может быть представлена как необычные изменения в психике и поведении человека, в том числе и детского возраста.

Третью группу составляют восприятия и проявления растительного мира, которые по влиянию на жизненные функции цветов, растений, деревьев, овощей, водорослей можно представить как положительные восприятия, когда эти растения успешно произрастают, развиваются и плодоносят, и отрицательные, которые характеризуются различными морфологическими изменениями не только в структуре, но и в развитии, плодоношении и т.д.

Группа физиологических восприятий и поведений животных, позвоночных, птиц и насекомых в геопатогенных зонах может быть классифицирована по виду поведения на:

  • положительное или нейтральное восприятие и влияние геопатогена;
  • неадекватное поведение или отсутствие представителей вида в зоне;
  • отрицательное влияние и поведение.

Рассмотренные некоторые аспекты чрезвычайной и кризисной экологии природных технологических ресурсов функционирования земного сообщества в большинстве своем носят аномальный характер, который, естественно, надо исследовать. Это определяет необходимость решения следующих вопросов:

  • создание методологии обеспечения экологической безопасности человечества в чрезвычайных и кризисных условиях;
  • разработка технологий управления защитой и соответствующего оснащения для предотвращения, нейтрализации и ликвидации угроз экологической безопасности населения как в глобальных, так и в региональных условиях; преодоления последствий катастроф;
  • разработка систем мониторинга организации и проведения исследования чрезвычайных и кризисных явлений и процессов аномального характера;
  • подготовка кадров по экологическим специальностям применительно к чрезвычайным и кризисным ситуациям; разработка учебно-методического обеспечения и организация учебного процесса по обучению специалистов различного уровня – от среднепрофессионального до научного.

Для решения данных задач предлагается прибегнуть к применению методов и средств искусственного интеллекта, так как объем познаний человечества в данных областях знаний весьма значителен.

Почти столетие задачи на основе теории принятия решений помогают разрешить программы — экспертные системы ЭС. [3,4,8], однако, для создания каждой подобной программы требуется провести большую работу по сбору, классификации и методам обработки знаний экспертов. В данной статье предлагается к рассмотрению методология адаптивно-ситуационного управления знаниями с применением моделей, позволяющих разрабатывать экспертные системы управления природными технологическими ресурсами.

Рассмотрим для примера существующую экспертную систему PROSPECTOR в которой используются вероятностные  рассуждения для адаптивно-ситуационного управления природными технологическими ресурсами [4]. Эта система была разработана для оказания помощи геологоразведывательным компаниям при определении перспективного с точки зрения наличия в нем месторождений полезных ископаемых определенных типов некоторого района залегания природных ресурсов. Основная идея системы ROSPECTOR состоит в том, что в её базе знаний экспертной системы закодированы знания опытных геологов, знакомых с принципами экономики, различных моделях залегания полезных ископаемых.

Геологическая модель — то группа свидетельств и гипотез, на основании которых можно судить о наличии в некотором районе минерального сырья определенного типа. Система PROSPECTOR не только помогает выявлять наличие полезных ископаемых, но и обладает способностью давать рекомендации по выбору наилучшего места для проведения разведывательного бурения в данном районе. По мере создания все большего и большего количества моделей возможности системы PROSPECTOR продолжают расширяться.

Данные, применяемые в каждой модели, организованы в виде сети логиче­ского вывода.

Узлы сети логического вывода могут пред­ставлять свидетельства, предназначенные для обоснования гипотез, например, касающихся наличия полезных ископаемых определенного типа (сами гипотезы представлены другими узлами сети). Так можно выделить общие сведения о некоторых из 22 моделей месторождений полезных ископаемых, представлен­ных в системе PROSPECTOR:

Каждая модель, предназначенная для использования в системе PROSPECTOR, представлена в виде сети со связями (или отношениями), соединяющими свидетельства и гипотезы. Таким образом, сеть логического вывода является раз­новидностью семантической сети. Наблюдаемые факты, например, касающиеся типа горных пород, полученные в ходе геологического поиска, составляют сви­детельство, применяемое для обоснования промежуточных гипотез. Затем груп­пы промежуточных гипотез используются для обоснования гипотезы верхнего уровня. Таковой является гипотеза, которую требуется доказать. Если различие между свидетельством и гипотезой не важно, то для обозначения того и другого применяется термин утверждение. На рис. 3 показана небольшая часть сети логического вывода для гипотезы верхнего уровня из модели разведки медно­порфировой руды [8].

В системе PROSPECTOR используются показанные на рис. 3 коэффици­енты достоверности СНЕ и CHNE, поскольку практика показала, что эксперты сталкиваются с трудностями, когда от них требуют задать значения апостериор­ных вероятностей или коэффициентов правдоподобия.

PROSPECTOR не относится к категории чисто вероятностных систем, по­скольку в ней для комбинирования свидетельств используются нечеткая логика  и коэффициенты достоверности.

Рисунок. 3 Система промежуточных переходов на примере модели разведки медно-порфировой руды системы PROSPECTOR, выраженная с использованием коэффициентов достоверности.

Данную информацию возможно представить в виде взаимосвязи «элементов информации» и «Элементов связей», на основе данных взаимосвязей создаются методы адаптивно-ситуационного управления, один из вариантов для управления природными технологическими ресурсами рассматривается нами как модель экспертной системы.

Подобные модели могут быть применены для оптимизации принятия решений в любом, в том числе и при модернизации производств, например, при использовании моделей реиндустриализации инженерного консалтинга, адаптивно-ситуационном управлении по ряду признаков:

  • общее количество узлов схемы;
  • количество запрашиваемых узлов;
  • количество правил поведения.

Оптимальные соотношения могут быть определены по модели системы PROSPECTOR.

Так как адаптивно-ситуационное управление информацией обладает иерархией понятий, внутри элементными и межэлементными связями, то потребовалось использовать методы объектно-структурного анализа (ОСА) информации, для оптимизации которой используется алгоритм, представленный в виде матрицы объектно-структурного анализа, позволяющей сформировать концептуальную и функциональную структуры геологоразведывательных знаний. Для стадии определения отношений, стратегии принятия решений и структурирования поля знаний рассмотрены концепции систем ситуационного управления, которые включают анализ объектов управления и формирования информационного описания процессов принятия решений. Согласно «Методике структурирования баз знаний ЭС» [9] структурирование производится построением графа многошагового вывода решений, где каждому уровню информации определена некоторая система принятия решений (СПР) и план сценария принятия решений – граф, объединяющий моделируемые уровни управления, классификатор типовых решений по управлению и характеристики выполнения действий (рис.4).

Рисунок. 4. Граф многошагового вывода решений.

Так как при формировании  экспертной информации происходит пересечение информационных полей  на этапах создания матрицы ОСА, структурирования поля знаний, построения графа многошагового вывода решений и системы принятия решений, то при этом  образуется пересечение «информационных плоскостей» и образование 3D – системы принятия решений (рис. 5) [3,9].

U1…Un – уровни информации;

S1…Sn – критерии выбора информации, БД;

К1…Кn – ситуации управления – этапы принятия решений

Рисунок.5. 3D – система адаптивно-ситуационного управления экспертной информацией

Представленная методология позволяет структурировать и формализовать экспертную информацию с учетом возможностей аномальных явлений и разработать полезные  к применению в отраслях природопользования  экспертные системы управления природными, технологическими и другими видами ресурсов.

Список литературы.

  1. Бирбраер Р.А., Мельников В.П.Ускоренная технологическая модернизация российской промышленности на основе методологии инженерного консалтинга. Форум технологического лидерства России «Технодоктрина», М.: ,ВПК, name №4, 2007 – 2014, с. 69-73, Http://vpk.name/.
  2. Бурмакин А.Л. Электромагнетизм космических тел и его влияние на движение объектов в пространстве: Экскурс в проблему. – М.: Книжный Дом «Либроком», 2010. – 120 с. (Relata Refero).
  3. Васильева Т.Ю. Экспертный модуль для программного обеспечения исполнительной системы виртуального производства/«Бизнес – информатика» 2009, №4 (10),с. 25-28.
  4. Джаратано Д., Райли Г. Экспертные системы: принципы разработки и программирование, 4-е издание.: Пер. с английского. – М.: ООО «И.Д. Вильямс», 2007.-1152 с.:ил.-Парал. Тит. Англ.
  5. Журнал «Аргументы и факты», № 50, М.: 2008.
  6. Мельников В.П. Информационные технологии: учебник для вузов / В.П. Мельников/. – М.: Изд. Центр «Академия», 2008 – 432 с.
  7. Мельников В.П. Научное обоснование перспектив развития исследований аномальных процессов применительно к авиакосмическим системам. Научно-практическая конференция студентов и молодых ученых МАИ «Инновации в авиации и космонавтике – 2010». Сб. тезисов и докладов. Доклад пленарного заседания. – СПб.: Мастерская печати, 2010, с. 10÷17.
  8. Мельников В.П., Васильева Т.Ю. Адаптивно-ситуационное управление ТПП РЭА. Научно-монографическое издание под редакцией Мельникова В.П.. М.: «БУКИ_ВЕДИ» – 2014 г.
  9. Отчет о НИР. Проведение теоретических исследований психофизического воздействия геопатогенных явлений на биообъекты. РАЕН. ВГК ИПЕ, АЕ РФ «Сирена ИПЕ». Этап 1. Авт. Ажажа В.Г., Забелышенский В.И., Мельников В.П. и др. М.: 2003, 49 с., ил.
  10. Соколов В.А. Законы природы и судьба цивилизации/В.А. Соколов/ — брест: / Альтернатива, 2008г.
  11. Фадеев А., Сомброс В. Экологическая безопасность космической деятельности. Общая проблема – совместные решения. М.: Ж.: «Новости космонавтики», № 4 (315). Том 19.
  12. Шибанов Г.П., Мельников В.П. Безопасность жизнедеятельности в авиакосмической отрасли. Учебник для высш. проф. обр. Под ред. проф. Мельникова В.П., М.: ОИЦ «Академия», 2011. – 229, с., ил.
    МЕТОДОЛОГИЯ АДАПТИВНО-СИТУАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРИРОДНЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ РЕСУРСАМИ МОДЕРНИЗАЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ МОДЕЛЕЙ ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ
    В статье рассмотрен комплексный подход к управлению природными технологическими ресурсами модернизации и обеспечению экологической безопасности от воздействия аномальных процессов на Земле и в космосе, включающий в себя исследования результатов проявления этих процессов космического и планетарного видов и соответствующих рекомендаций по методологии создания экспертных систем управления природными технологическими ресурсами с учетом приведенных факторов планетарного и техногенного видов.
    Written by: Васильева Татьяна Юрьевна, Мельников Владимир Павлович
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 05/08/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 28.02.2015_02(11)
    Available in: Ebook