В настоящее время существенное повышение качества обеспечения метеозависимых организационно-технических систем (ОТС) может быть осуществлено путем применения теорий, базирующихся на математических идеях нечеткой логики и теории экспертного оценивания [1, с. 164], [2, с. 3]. Важное место при этом отводится вопросам поддержки принятия управленческих решений в условиях гидрометеорологической неопределенности [3, с. 89], [4, с. 114]. Поддержка обеспечения таких систем в высокоширотных и полярных районах Арктической зоны предполагает постоянный мониторинг и оценку погодно-климатических условий, тенденции к изменению которых в последние годы наиболее отчетливо проявляются именно в указанном регионе. Вследствие того, что поля гидрометеорологических параметров имеют значительную пространственную и временную изменчивость, а их объективная оценка проводится на основе наблюдений на малочисленных станциях и постах, анализ погодно-климатических условий проводится пока с недостаточным качеством. С другой стороны, сложность процессов взаимодействия природы и человека заставляют искать новые, нестандартные пути использования информации о гидрометеорологических и климатических условиях при поддержке управления ОТС. Одним из направлений, предлагаемых для решения задачи объективного оценивания погодно-климатических условий, является использование лингвистической (экспертной) информации, получаемой от исследователя или эксперта.
По отношению к классическим структурно-детерминированным и стохастическим методам, предлагаемый подход позволяет быстро производить постановку и формализацию задач поддержки функционирования метеозависимых ОТС, а также получать управленческие решения с достаточно высокой точностью [5, с. 14]. Актуальность работы обоснована возможностью повышения качества поддержки управленческих решений в ходе функционирования метеозависимых ОТС в условиях труднопредсказуемого влияния гидрометеорологических факторов.
Алгоритм поддержки нечеткого управления метеозависимой ОТС состоит из следующих этапов [6, с. 4].
- Получение исходной информации и ее классификация на объективную и лингвистическую (экспертную).
- Преобразование объективной и лингвистической (экспертной) информации в значения функций принадлежности лингвистических переменных и определение множества альтернатив (этап фазификации).
- Выбор метода (оператора) нечеткой многокритериальной оценки.
- Определение относительной важности показателей нечеткого оценивания.
- Сопоставление значений функций принадлежности входных переменных для получения оценки каждой альтернативы.
- Преобразование значений функций принадлежности оцененных альтернатив в численное значение для принятия решения.
Поддержка управления метеозависимой ОТС предполагает использование в качестве входных переменных климатической и гидрометеорологической информации, биоклиматических индексов и другой связанной с погодными условиями информации.
Исследования, проведенные по характерным и экстремальным значениям гидрометеорологических величин характерных для Арктического региона показали, что классические биоклиматические индексы не всегда адекватно характеризуют смысловую нагрузку, заложенную в понятие этих индексов и соответственно климатические условия характерные для Арктики. Для решения данного противоречия в работе предлагается использование интегрального показателя экстремальности климата адаптированного к Арктической зоне, который хорошо согласуется с вербально-числовой шкалой Харрингтона.
Предложенный интегральный показатель экстремальности основан на погодных и климатических параметрах используемых в биоклиматических индексах: радиационной эффективной температуры, эквивалентно-эффективной температуры, ветрового охлаждения по Хиллу, патогенности метеорологической ситуации, а также экспертных характеристиках получаемых при оценке погодной и климатической обстановки.
В общем виде интегральный показатель экстремальности климата может быть записан в виде аддитивно-мультипликативной функции:
Поверхности уровня, рассчитанные по значениям интегрального показателя экстремальности климата (аддитивно-мультипликативной функции), определяют границы климатических экстремальных территорий для Арктической зоны Российской Федерации.
Возможность изменять коэффициенты относительной важности и эластичности позволяет оценивать границы территорий с различной экстремальностью климата применительно к функционированию ОТС с определенной степенью метеозависимости в рамках Арктической зоны.
Для оценки вклада каждого показателя предлагается использовать базирующийся на теории нечеткой логики метод определения коэффициентов относительной важности и степени эластичности этих показателей. Данный метод основан на процедуре парного сравнения показателей экспертами. Данная процедура дает возможность использовать не абсолютные фиксированные величины функции принадлежности коэффициентов важности и степени эластичности, а рассчитывать значения этих функций согласно суждениям экспертов.
Таким образом, интегральный показатель экстремальности климата определяется по формуле (1) при условии, что – числовые коэффициенты, характеризующие вклад каждой из вариаций входных параметров.
Предлагаемый алгоритм поддержки нечеткого управления метеозависимой ОТС основывается на данном интегральном показателе. В дальнейшем по значениям показателя может быть определен сценарий функционирования метеозависимой ОТС при определенных климатических условиях. Сценарии могут быть определены в ходе дальнейших исследований для шести градаций, определяемых по значениям интегрального показателя экстремальности. Характер градаций выбирается именно для Арктической зоны, а не территории России, как предложено в исследованиях [7, с.127].
Значения интегрального показателя экстремальности климата перед определением сценария по шкале Харрингтона необходимо нормировать таким образом, чтобы как минимальные, так и максимальные величины не выходили за пределы интервала [0, 1].
Сценарии определяются экспертным оцениванием, при котором оценивается воздействие погодных и климатических условий на функционирование ОТС и возможности адаптационных мер при резких изменениях погоды и климата. Каждому из сценариев ставятся в зависимость определенные условия и возможности функционирования метеозависимой ОТС при определенных гидрометеорологических условиях. Такая классификация может носить как диагностический (оценка функционирования ОТС в настоящий момент времени), так и прогностический (предварительная оценка будущего состояния ОТС) характер. Как указано в таблице 1 для классификации выделено шесть вариантов сценариев.
Для каждого варианта сценария в дальнейших исследованиях необходимо разработать типовой комплекс защитных и адаптационных мероприятий обеспечивающих наилучшее качество функционирования метеозависимой ОТС.
Таблица 1
Типы сценариев, определяемых методом экспертного оценивания
|
Тип состояния климата (сценарий) |
Интервал значений интегрального показателя экстремальности |
| Комфортная ситуация | 0,0-0,2 |
| Достаточно комфортная ситуация | 0,2-0,3 |
| Относительно комфортная ситуация | 0,3-0,5 |
| Умеренно экстремальная климатическая ситуация | 0,5-0,7 |
| Очень экстремальная климатическая ситуация | 0,7-0,9 |
| Чрезвычайно экстремальная климатическая ситуация | 0,9-1,0 |
Выводы.
Исследование показало на не достаточно устойчивые результаты методов классификации климатической территорий по биоклиматическим индексам и не вполне удовлетворительное качество методик их использования при обеспечении функционирования организационно-технических систем в условиях Арктики.
Представляется крайне важным учитывать показатели экстремальности климата включающие как объективную, так и лингвистическую (экспертную) информацию для зонирования территорий Арктической зоны в целях повышения качества поддержки обеспечения метеозависимых организационно-технических систем.
Воздействие климатических условий на функционирование организационно-технических систем и возможности адаптационных мер при изменении климата представляется как набор сценариев. Для каждого сценария определяется интервал значений интегрального показателя экстремальности климата по вербально-числовой шкале Харрингтона.
Полученные результаты являются основой для дальнейших исследований по созданию модели поддержки обеспечения метеозависимых организационно-технических систем базирующейся на теории нечеткой логики для Арктического региона.
Список литературы:
- Матвеев М.Г., Михайлов В.В., Семенов М.Е. Использование модели Сугено для прогнозирования метеорологических показателей // Вестник Воронежского государственного университета. Серия «Системный анализ и информационные технологии». 2011. № 2. С. 164–169.
- Михайлов В.В., Попов В.В., Кирносов С.Л. Нечеткая динамическая система поддержки принятия метеозависимых решений при обеспечении стрельбы и управления огнем. // Наукоемкие технологии. Научно-технический журнал. М: Радиотехника. 2012. № 3. Т. 13. С. 3–8.
- Матвеев М.Г., Михайлов В.В., Семенов М.Е., Сирота Е.А. Модель анализа динамики векторного метеорологического процесса. // Вестник Воронежского государственного университета. Серия «Системный анализ и информационные технологии» № 1. С. 89–94.
- Попов В.В., Ульшин И.И., Тимофеев П.А. Методика использования нечеткой экспертной системы для оценки территорий арктической зоны по степени суровости погодных условий // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Системный анализ и информационные технологии. 2015. № 2. С. 114-120.
- Ульшин И.И., Первезенцев Р.Е. Метеообеспечение авиационной организационно-технической системы при решении важных задач. // Наукоемкие технологии. Научно-технический журнал. М: Радиотехника. № 3. Т. 13. С. 14–20.
- Попов В.В., Ульшин И.И., Тимофеев П.А. Ранжирование климатических экстремальных территорий на основе теории нечеткой логики // Нелинейный мир. 2014. Т. 12. № 9. С. 4-10.
- Андреев С.С. Экология человека. М.: АПСН СКНЦВШ, 2004. –247 с.[schema type=»book» name=»ПРИМЕНЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОГО ПОКАЗАТЕЛЯ ЭКСТРЕМАЛЬНОСТИ КЛИМАТА ДЛЯ ЗОНИРОВАНИЯ ТЕРРИТОРИЙ АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ» description=»В статье рассматриваются методические подходы к применению аппарата нечеткой логики для повышения качества поддержки обеспечения метеозависимых организационно-технических систем. На базе анализа классических методов многокритериальной нечеткой оценки разработан алгоритм для оценки экстремальных свойств климата, предложены новые подходы к решению задачи ранжирования климатических экстремальных территорий. Применение при зонировании территорий методов нечеткой логики позволит повысить качество функционирования организационно-технических систем в Арктической зоне.» author=»Попова Инесса Викторовна» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-02-08″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_29.08.15_08(17)» ebook=»yes» ]