Классификация ситуационных систем

По назначению ССМ можно разделить на три основных класса: системы ситуационного отображения информации (ССОИ), системы динамического моделирования ситуаций (СДМС) и аналитические ситуационные системы (АСС) (Рис. 11). Необходимо отметить, что СДМС должна иметь возможность отображения СМ и, следовательно, может содержать ССОИ как одну из своих компонент. Однако для реализации СДМС не всегда требуются отображение СМ на экране коллективного пользования, эффективные алгоритмы декомпозиции модели, использование когнитивной графики и т.д.

ССОИ можно разделить на два подкласса: ситуационные центры наблюдения (отображения — СЦО) и ССОИ с удаленным доступом (распределенные — РССОИ).

 

Рис. 11. Классификация ситуационных систем

 

РССОИ являются относительно новым классом систем и в настоящее время активно развиваются. Примером может служить автоматизированная полиграфическая система Agfa Delano. Она позволяет наблюдать за всеми этапами выполнения заказов на печатную продукцию. При этом используется Internet/Intranet технологии, дающие доступ к информации не только верхнему руководителю и менеджеру заказа, но и заказчику, и любому потенциальному клиенту. Эффективность отображения на небольших экранах достигается за счет развитых механизмов декомпозиции и специально разработанных когнитивных элементов (изображений, анимаций). В перспективе класс РССОИ может пополниться развитыми ERP-системами и АСУ ТП.

Большинство существующих ССОИ представляют собой СЦО. Области применения таких ССОИ весьма разнородны, их примерами являются: система отображения информации в центре управления космическими полетами; система наблюдения за космической обстановкой [Филиппович Ю., передовая радарная цифровая система анализа изображений ADRIES, предназначенная для автоматизации задач тактической разведки, оценки военной обстановки, опознавания целей и способная интерпретировать возможные военные ситуации по совокупности радиолокационных изображений, параметров обнаруженных состояний боевой техники, априорной топографической информации типа карт или баз данных о характеристиках местности и т.п.; система для опознавания военных кораблей по силуэту; системы специального назначения [Stuart, 1990; Vollmuth, 1991]; системы контроля за аппаратурой сотовой связи [Motorola, 2000] и др.

Типичными для ситуационных систем отображения информации являются задачи наблюдения на достаточно большом ареале земной поверхности; управления (навигации) динамическими объектами в указанных средах; наблюдение (управление) за сложными технологическими процессами (например, на атомных электростанциях); управление сложными транспортными узлами.

Основная задача СЦО — строить изображения ситуаций, возникающих в предметной области, на основе которых оперативный состав принимает управляющие решения в рамках определенных задач. СЦО характеризуются:

- необходимостью создавать информационные модели и изображения весьма сложных, комплексных, динамических ситуаций реального мира, представлять эти изображения оперативному составу;

- наличием оперативного состава (коллектива потребителей графической информации), решающего на основе представленной модели визуализации ситуации некоторую совокупность задач;

- расположением в ситуационных залах управления (наблюдения, навигации), построенных на основе мощной вычислительной среды и имеющих в большинстве случаев стационарный характер.

Специально разработанных СДМС в настоящее время практически не существует, поэтому вместо них адаптируют и используют другие классы систем. В связи с этим СДМС можно разделить на два класса: специализированные и адаптированные. Для динамического моделирования (имитации) ситуаций можно использовать два подхода: первый — задание исходных данных и последующий анализ возникающих ситуаций в ССОИ или АСС; второй − представление ситуаций, их взаимосвязей и очередности возникновения с помощью систем имитационного (динамического) моделирования. К адаптированным системам, реализующим первый подход, можно отнести экспертные системы мониторинга (ЭС реального времени). Примером может служить ЭС GenSym G2, которая в своем составе имеет модуль генерации исходных данных. Для воплощения второго подхода лучше всего использовать событийно-ориентированные или комбинированные системы имитационного моделирования (PowerSim).

К АСС можно отнести системы ситуационного управления (ССУ), некоторые автореферирующие системы, аналитические ситуационные центры (АСЦ) и ЭС мониторинга. ССУ реализуют принцип ситуационного управления, который кратко можно сформулировать так: количество состояний системы велико; число возможных решений и ситуаций ограничено; решение принимается в зависимости от ситуации; необходимо на основании исходных данных определить ситуацию и принять соответствующее решение

Не все автореферирующие программы можно считать аналитическими. Для этого они должны не только обобщать информацию, но и оценивать ее. Среди них можно выделить статические, динамические и многопоточные системы. Многопоточные приложения работают в реальном режиме времени и анализируют информацию из большого количества разнородных источников информации. По своим задачам и функциям они приближаются к ЭС реального времени.

АСЦ является системой оперативной аналитической обработки большого количества взаимосвязанной информации. На современном рынке представлен целый класс аналитических систем, но в отличие от ситуационных центров, эти системы позволяют анализировать небольшое количество связанных параметров.

Ситуационный центр

Когда ситуация хорошо статистически описывается, имеется большая история развития событий, а также возможность подключения опытных экспертов – создание СППР принципиальных сложностей не вызывает. На этой основе и развивается большинство зарубежных СППР.

У нас другая специфика – пока при создании российских СППР больше внимания уделяется программно-техническому и телекоммуникационному базису. Например, СППР, создаваемые для российских властных структур, как правило, ограничиваются разработкой средств коллективного отображения информации, формированием баз данных, созданием информационно-справочных и телекоммуникационных систем.

Ситуационный центр (СЦ) − это самая современная форма реализация СППР, основанная на технологиях моделирования и анализа ситуаций, предельно концентрированном (визуальном) представлении информации и обеспечивающая интегральное управление организацией, отраслью, регионом, страной на самом верхнем уровне.С другой стороны, СЦ представляет собой информационно-аналитическую систему, позволяющую оценить реальное состояние объекта управления, уловить развитие внутренних и внешних тенденций, рассмотреть возможные последствия действий. 8.2.1. Виды обеспечения СЦ

Структура СЦ как информационно-аналитической системы включает различные виды обеспечения (программное, техническое, лингвистическое и т.д.). СЦ имеет 4четыре основных уровня: научно-математический, инженерный, программный и технический.

Научно-математический уровень представляет собой совокупность научных теорий, методов, алгоритмов, исследований и разработок, необходимых для реализации других уровней. Он позволяет обосновать целесообразность создания СЦ, определить эффективность его функционирования, интегрировать разнородные компоненты, осуществлять правильное и своевременное исправление ошибок.

Инженерный уровень представляет собой конкретные решения в выборе и разработке аппаратно-программных средств. Он включает в себя необходимые технологические и конструкторские расчеты, модели технических устройств и помещений, спецификации программ, алгоритмы работы и т.д.

Программный и технический уровни содержат соответствующее обеспечение, необходимое для реализации поставленных на верхних уровнях задач и функций. Уровни включают в себя следующие обязательные компоненты:

− измерительная (сенсорная среда);

− информационная (ситуационная или имитационная) модель среды;

− среда информационной поддержки;

− среда аппаратной поддержки;

− среда визуализации;

− оперативный состав.

Под измерительной (или сенсорной) средой СЦ понимается совокупность аппаратно-программных средств, служащих для получения информации о состоянии проблемной среды. Это могут быть антенные системы, каналы связи, видео- и аудио-передачи, датчики и т.д. Главная задача измерительной среды − обеспечить адекватность информационной модели СЦ некоторому выбранному фрагменту реального мира.

Информационная (ситуационная или имитационная) модель среды представляет собой совокупность как минимум следующих компонентов: тематической составляющей, определяющей совокупность моделируемых понятий проблемной среды; пространственной составляющей, задающей пространственные отношения между объектами модели; графической составляющей, задающей отображение объектов модели в множество графических условных знаков (графических примитивов).

Среда информационной поддержки — это совокупность программ и информационных потоков, обеспечивающих функционирование информационной модели и среды визуализации СЦ. В первую очередь сюда входят ССМ, экспертные системы и системы имитационного моделирования. Характерной чертой любого СЦ является привязка ситуационной модели к местности, поэтому в состав могут входить геоинформационные системы. Для оценки развития ситуаций могут быть использованы системы прогнозирования на базе нейронных сетей и генетических алгоритмов. Эффективность представления графической и текстовой может достигаться за счет использования фрактальной и когнитивной графики.

Среда аппаратной поддержки − это совокупность технических вычислительных средств, обеспечивающих функционирование среды информационной поддержки СЦ: ЭВМ, оргтехника, сетевое оборудование и т.д.

Среда визуализации − это совокупность экранов коллективного и индивидуального пользования, обеспечивающих информационный и командный интерфейс между человеком оператором и аппаратно-программной средой СЦ.

Оперативный состав − это коллектив специалистов, имеющий собственную внутреннюю организационную структуру. Цель оперативного состава — обеспечить решение совокупности штатных задач СЦ на основе анализа информационной модели ситуации реального мира, формируемой аппаратно-программной средой системы.

Для выполнения функций и задач СЦ необходимо реализовать следующие виды обеспечения:· информационное;· методическое;· модельное (математическое);· программное;· техническое;· организационное;· информационной безопасности. 8.2.2. Полный цикл функционирования СЦ. Необходимость широкого применения СЦ Полный цикл функционирования СЦ обеспечивается следующими подсистемами:· подсистемой сбора и обработки данных (подсистемой мониторинга);· конвертором данных;· хранилищем данных;· подсистемой обобщения данных, анализа и оценки обстановки;· подсистемой прогнозирования развития обстановки;· подсистемой визуализации;· подсистемой поддержки групповой деятельности аналитиков и экспертов;· подсистемой подготовки отчетов;· подсистемой обратной связи (доведения решений до исполнителей и контроля исполнения поручений);· аналитическим (информационным) порталом (интерфейсом ПО);· подсистемой администрирования;· инструментарием разработки специальных приложений.Необходимость широкого применения СЦ в сложных организационно-технических системах диктуют:· усложнение и расширение круга задач управления, решаемых руководителями высшего звена в политической, военной, финансово-экономической, социальной, экологической и других областях;· повышение требований к оперативности и качеству принятия и реализации управленческих решений; · высокая мера ответственности за принятое решение;· потребность в долгосрочном и краткосрочном прогнозировании развития ситуации на всех направлениях деятельности руководства в различных условиях функционирования (наработка и проверка планов на типовые критические ситуации);· возрастание требований к координации взаимодействия с внешними отечественными и зарубежными организациями и ведомствами;· получение дополнительных преимуществ партнерами и конкурентами при широком комплексном использовании информационных, телекоммуникационных и аналитических возможностей современных аппаратно-программных вычислительных комплексов и телекоммуникационных средств;· потребность в комплексном и оперативном применении высокоэффективных методов принятия решений ("мозговые атаки", деловые игры, методы типа сценариев, экспертные оценки, методы анализа иерархий, методы типа "дерево целей", морфологические методы), которые являются весьма ресурсоемкими по затратам (время, специалисты, объемы и скорости информационных потоков, финансовые средства);· увеличение объемов и разнообразия способов представления информации;· наличие распределенных источников разнородной (иногда противоречивой) информации с различной степенью достоверности, с различными системами управления данными и организации доступа к ним;· наличие проблем с поиском и извлечением данных;· наличие проблемы использования данных из устаревших систем хранения;· потребность комплексирования информации (агрегирования данных) для оценки и прогнозирования ситуации; · отсутствие у лиц принимающих решения необходимого ресурса времени для глубокого анализа многофакторной ситуации и выработки обоснованных решений;· потребность в эффективном реагировании на быстрые изменения ситуации, особенно в кризисных случаях;· возрастание цены принятия ошибочных управленческих решений;· потребность оценки рисков (политических, экономических, экологических и т.п.) и угроз достижения поставленных целей, возникающих при различных вариантах развития ситуации или процесса с учетом возможных конфликтов;· потребность принятия оптимальных и обоснованных решений в сложных условиях. 8.2.3. Концепция СЦ Концепция СЦ базируется на следующих принципах его создания, эксплуатации и развития:1. Принцип первого руководителя. Он требует наличия прямой заинтересованности и непосредственного участия первых руководителей соответствующего уровня.2. Принцип ключевых задач. Заключается в том, что в первую очередь должны разрабатываться те задачи, нерешение которых наносит наибольший ущерб и решение которых не было возможно до сих пор по какой либо причине.3. Принцип оперативности. Степень оперативности функционирования ЦСМ должна быть достаточной для эффективного решения стоящих перед ним задач.4. Принцип непрерывного развития заключается в том, что система должна быть построена так, чтобы появление новых средств и само развитие системы не приводило к полной ее перестройке. В условиях роста сложности технических систем сроки их разработки весьма значительны. За время разработки и внедрения системы может измениться среда и задачи, решаемые руководителем. Чтобы создаваемая система могла эффективно функционировать в новых изменяющихся условиях, необходимо предусмотреть возможность ее непрерывного развития с целью адаптации к новым изменяющимся условиям.5. Принцип модульности заключается в том, что система или подсистема должна быть построена из отдельных автономных модулей, модификация которых не должна приводить к нарушению работы всей системы, и каждый из которых может внедряться и функционировать отдельно.6. Принцип системного подхода предполагает решение целого ряда задач методического, технического, экономического и организационного уровня:· учет всех этапов жизненного цикла;· учет истории и перспектив развития системы;· всестороннее рассмотрение взаимодействия системы с внешней средой;· рассмотрение взаимодействий внутри системы;· рассмотрение взаимодействия между системой и ее элементной базой;· учет возможности внесения изменений в техническое задание во время проектирования;· сочетание принципов декомпозиции, композиции и иерархичности;· правильное сочетание математических, эвристических и экспериментальных методов проектирования;· необходимость учета ограничений в процессе проектирования.7. Принцип максимальной типизации проектных решений. При разработке сложных технико-информационных систем целесообразно не только использовать, но и создавать перспективные типовые технические и программные средства, математические модели, пригодные для решения широкого круга прикладных задач.8. Принцип моделирования систем и подсистем. Из-за высокой стоимости сложных технико-информационных систем при их проектировании должно широко использоваться математическое моделирование.9. Принцип функциональной надежности системы. Он заключается в функциональной избыточности и использовании дублирующих функциональных каналов.10. Принцип активности системы. Предусматривается активное взаимодействие со средой − сбор информации, контроль решений.11. Принцип разграничения доступа к информации. 12. Принцип адаптивности системы. Система должна строиться с учетом возможного изменения внешнего окружения и информационных потребностей пользователей. Идеальная реализация этого принципа предусматривает способность системы к самообучению.13. Принцип максимальной унификации и стандартизации технических и программных средств. 14. Принцип централизованного хранения и распределенной обработки информации. Этот принцип позволяет существенно повысить эффективность функционирования хранилищ информации и ее использования. Он облегчает задачу дальнейшего совершенствования и развития системы.15. Принцип минимизации ввода информации в систему и многократности ее использования. 8.2.4. Режимы работы СЦ

СЦ может работать в следующих режимах:

а) наглядное отображение на экране текущей актуальной информации: из филиалов корпорации, информационных агентств, органов власти, с объектов управления и пр. (проблемный мониторинг);

б) запланированное заслушивание и обсуждение аналитических докладов по проблемным ситуациям для принятия соответствующих решений (плановое обсуждение проблем);

в) оперативное принятие и контроль исполнения решений по непредвиденным, кризисным, чрезвычайным проблемам с подключением групп экспертов (чрезвычайный режим).

В каждом из перечисленных режимов использование СЦ может быть локальным и, чаще, распределенным. В последнем случае СЦ состоит из территориально взаимосвязанных компонентов.

Для достижения поставленной перед СЦ цели необходимо реализовать следующие основные функции и задачи, вытекающие из процедуры принятия управленческих решений:1. Выбор целей управления, выбор и обоснование критериев их достижения (т. е. оценки эффективности управления), критериев оценки рисков и достоверности данных. Определение ограничений, налагаемых на систему управления.2. Мониторинг обстановки в различных сферах жизнедеятельности страны (региона), министерства (ведомства).Систематический сбор первичных данных (информации), в соответствии с заданными критериями, из различных информационных источников:- временное хранение первичных данных;- обработка данных;- устранение некорректностей и противоречивости, проверка адекватности и целостности данных;- систематизация данных;- конвертирование данных (оформление в виде структур, соответствующих хранилищу обработанных данных);- хранение обработанных данных (накопление исторических данных);- предоставление данных пользователям (подсистемам) с соответствующим интерфейсом и в соответствии с их запросами и правами доступа;- сопровождение метаданных (хранение и предоставление информации о структуре и др. характеристиках используемых данных).3. Выбор модели описания текущей обстановки.4. Обобщение (агрегирование, комплексирование) данных (в соответствии с моделью описания обстановки).5. Хранение обобщенных данных.6. Отображение (визуализация с возможностью детализации), анализ и оценка текущей обстановки (обобщенных данных), например с помощью OLAP-средств или средств Data Mining.7. Выбор моделей прогнозирования.8. Прогнозирование развития обстановки без учета возмущающих воздействий (с помощью экстраполяционных и др. методов моделирования).9. Оценка результатов прогнозирования обстановки, полученных без учета возмущающих воздействий.10. Хранение результатов прогнозирования, полученных без учета возмущающих воздействий.11. Выработка, при необходимости, вариантов возмущающих воздействий (т. е. сценариев управляющих воздействий с учетом возможной реализации ряда событий) и оценка их последствий (с помощью методов ситуационного (имитационного) моделирования).12. Прогнозирование развития обстановки с учетом возмущающих воздействий (с помощью методов ситуационного (имитационного) моделирования).13. Оценка результатов прогнозирования обстановки, полученных с учетом возмущающих воздействий, оценка эффективности (оптимальности) управляющих воздействий, выявление угроз (отрицательно влияющих возможных событий) и оценка рисков (вероятностей реализации прогнозов в зависимости от вероятностей реализации возможных событий). При оценке результатов прогнозирования учитываются ограничения, налагаемые на систему управления.14. Раннее выявление, анализ и выработка вариантов действий в проблемных ситуациях и ситуациях с благоприятными возможностями, прогноз развития указанных ситуаций.15. Хранение результатов прогнозирования, полученных с учетом возмущающих воздействий, и вариантов управляющий воздействий. 16. Оценка достоверности результатов прогнозирования для различных вариантов возмущающих воздействий.17. Выбор наилучшего варианта управляющих воздействий с использованием критериев оценки эффективности управления, достоверности прогнозов, рисков и др. критериев. 18. Обобщение информации, выработка рекомендаций по возможным вариантам решений при заданных ограничениях, представление информации и рекомендаций (с использованием средств визуализации) руководителям для принятия управленческого решения (если необходимое решение не может быть принято, вследствие несоответствия критериям оценки эффективности управления, то возможно итерационное повторение вышеперечисленных этапов).19. Планирование, координация и контроль реализации принятых решений.20. Оценка результатов реализации принятых решений (если результаты не удовлетворительны, то возможно итерационное повторение представленного выше цикла функционирования).В связи с тем, что процедура принятия управленческого решения может иметь итерационный характер с повторением определенных ее этапов, порядок осуществления СЦ своих функций также может циклически повторяться для соответствующего набора функций.Имеются и дополнительные функции и задачи СЦ (непосредственно не связанные с этапами принятия решений).1. Обеспечение внутренней информационной безопасности:· авторизация и аутентификация пользователей;· шифрование информации (использование PGP);· работа с электронно-цифровой подписью;· безопасная передача данных по сетям (использование SSL, firewall);2. Визуализация (отображение) данных (с помощью средств деловой графики, многомерных представлений, трехмерной графики, векторных карт и др.).3. Детализация отображения обстановки по запросу пользователей.4. Поддержка совместной работы аналитиков, экспертов и руководителей по выработке управленческих решений.5. Справочно-информационное обеспечение. Обеспечение доступа (в том числе и мобильного) к данным различных информационных систем страны (региона), министерства (ведомства).6. Администрирование работы СЦ.