Разработка программно-аппаратных средств на базе нечетких методов моделирования для повышения эффективности функционирования систем центрадизованной охраны

Современные методы обработки информации используют новые математические аппараты, которые дают возможность учитывать неточность определения исходной информации, в том числе и неопределенность, и моделировать процессы современного мира (физические, социально-экономические и т. д.), которые традиционными, классическими методами не поддаются формализации. В равной мере это касается задач, решаемых в рамках службы вневедомственной охраны Министерства внутренних дел Российской Федерации.

Существующие до настоящего времени системы построены, в основном, на эмпирических знаниях и подвержены всевозможным влияниям внешней среды и случайным воздействиям, учет которых в рамках принятой модели практически невозможен. Это обуславливает значительную уязвимость тех систем, которые в настоящее время используются как базовые модели [30,72].

Вместе с тем, колосальный практическийл опыт и знания специалистов в этой области деятельности не до конца используется при разработке указанных систем в силу того, что функционирующие алгоритмы не способны учитывать многообразие знаний экспертов и множественность возможных значений параметров, которые влияют на качество охраны.

Точное описание предполагает один результат (одноточечное решение), в том числе и при использовании методов статистической обработки информации. Однако, многообразие возможных изменений параметров и ситуаций не может быть ограничено рамками одного традиционного теоретического построения.

Функционирование сложных систем обусловлено большим числом параметров, чаще всего взаимозависимых. Состояние такого многопараметрического объекта (системы) определяется в каждый момент времени не одним конкретным значением, а множеством значений. И сложность обработки информации для таких объектов состоит в том, что однозначно предсказать какому состоянию должно соответствовать то или иное управляющее воздействие на объект для перевода его в приемлемое состояние невозможно. Поскольку так называемое приемлемое состояние (равно как и неприемлемое) характеризуется не одним конкретным числовым значением, а некоторой совокупностью значений, которые образуют множество. В такой ситуации качественная характеризация объекта или системы дает более высокие результаты и может оказаться реализуемой, по сравнению с традиционными методами исследований.

Следует сказать об относительности качественной характеризации объектов некоторой предметной области, поскольку аппаратом для исследования таких систем является получившая в последние десять лег мощное развитие теория нечетких множеств, нечеткого управления, нечеткой логики и т. д. В рамках этой теории решение задач, стоящих перед подразделениями вневедомственной охраны, получает совершенно новую интерпретацию и приводит к новым неожиданным положительным эффектам по сравнению с традиционными формами технических систем, применяемых в подразделениях вневедомственной охраны.

Однако, успешное решение задач с помощью этой теории требует создания новых средств обработки нечеткой информации, форм интерпретации высказываний в некоторую технически реализуемую логическую систему.

Первичная обработка входной нечеткой информации, очевидно, предполагает создание нечетких алгоритмов принятия решений, одного из важнейших компонентов деятельности подразделений вневедомственной охраны. Создание новых средств и в целом систем принятия решений в нечеткой информационной среде, возможно, в рамках деятельности подразделений вневедомственной охраны, осуществляется впервые.

Основоположником теории нечеткого управления считают Л .Заде [25, 105, 106]. Большую роль в дальнейшем развитии его теории сыграли работы К. Асаи [5], Ж-Л.Лорьера [43], М. Исидзука [71], и др. В нашей стране это научное направление получило развитие в работах Д. А. Поспелова [31, 55, 69, 70], А. Н. Аверкина [1], А. Н. Мелихова [4754], А. Н. Борисова [12−14] и еще ряда авторов[3, 6, 16, 17, 44, 45, 60].

Поэтому нацеленность предмета исследования в настоящей диссертации является актуальным как в смысле технической реализации, так и в смысле внедрения в широкую практику подразделений охраны новейших достижений в области нечетких систем.

Целью работы является повышение эффективности систем централизованной охраны путем разработки инструментальных средств, обеспечивающих достижение более высокого уровня надежности и достоверности контроля состояния охраняемых объектов.

Исходя из данной цели, в работе решались следующие задачи:

1. Построение нечеткой теоретико-множественной модели системы принятия решений, включающей построение функции принадлежности таких параметров как величина тока обтекания, текущее время и длительность импульса.

2. Определение состояния объекта как множества ситуаций и отображение нечеткой модели объекта в нечеткую ситуационную модель.

3. Разработка структуры вычислительного комплекса обработки нечеткой информации и принятия решений для систем централизованной охраны и его реализация в виде системы передачи извещений.

4, Разработка алгоритма обработай нечеткой информации и принятия решении по объектам, охраняемым системой централизованном охраны.

5. Разработка отдельных конструктивных элементов системы передачи извещений и интерфейсных связей между ними с целью реализации ею нечетких вычислительных алгоритмов в системе охранной сигнализации. В частности:

Разработка блока предварительной обработки информации.

Разработка блока выдачи управляющего воздействия.

Реализация нечеткой модели управления в виде устройства трансляции, включающей блок принятия решений, блок хранения эталонных ситуаций, блок обработки входной информации, блок временной селекции и управления, блок передачи извещений и блок памяти.

Выполнение блока принятия решений в устройстве трансляции по схеме «универсальный процессор-нечеткий сопроцессор», что позволит эффективно реализовать как традиционные «вычислительные» операции, так и специфические операции, характерные для нечетких алгоритмов.

Методы исследования основаны на использовании теории нечетких множеств, нечеткого управления, нечеткой логики, компьютерных технологий.

Научная новизна основных результатов диссертационной работы: 1. Впервые для систем охранной сигнализации построена нечеткая модель системы передачи извещений. Введена метрика в пространстве нечетких множеств характеристик объекта и доказана теорема применимости на этой метрике операций нечеткой логики и правил вывода. Показано, что использование аппарата нечеткой логики в построении систем принятия решений дает более адекватное знаниям эксперта решение, чем четкие алгоритмы, независящие от объективных неопределенностей.

2. Определено состояние охраняемого объекта как множества ситуаций и выполнено отображение нечеткой модели объекта в нечеткую ситуационную модель.

3. Разработана структура вычислительного комплекса обработки нечеткой информации и принятия решений для систем централизованной охраны и выполнена его реализация в виде системы передачи извещений.

4. Разработан и реализован в системе передачи извещений алгоритм обработки нечеткой информации и принятия решений по объектам, охраняемым системой централизованной охраны.

5. Разработаны отдельные конструктивные элементы системы и интерфейсные связи между ними, что позволило синтезировать в целом систему принятия решений. Разработаны: блок предварительной обработки информации. блок выдачи управляющего воздействия, реализованный как блок управляемых источников тока. устройство трансляции, включающее блок принятия решений, блок хранения эталонных ситуаций, блок обработки входной информации, блок временной селекции и управления, блок передачи извещений и блок памяти. блок принятия решений в устройстве трансляции, выполнен по схеме «универсальный процессор-нечеткий сопроцессор», что позволяет эффективно реализовывать как традиционные «вычислительные» операции, так и специфические операции, характерные для нечетких алгоритмов.

На все конструктивные элементы системы и систему передачи извещений в целом получены свидетельства на полезные модели.

Практическая значимость работы. Предложенные в работе модели и алгоритмы положены в основу разработки системы передачи извещений для системы централизованной охраны, содержащей компоненты искусственного интеллекта, что позволило повысить качество охраны за счет широкого использования опыта квалифицированных экспертов, приближением хода рассуждений системы к действиям дежурного ПЦО с учетом большого числа трудно формализуемых факторов и зависимостей.

Разработанные алгоритмы и аппаратные средства могут найти свое применение по двум направлениям: во-первых, в научных исследованиях при разработке специализированных вычислительных комплексов обработки нечеткой информации для систем управления различными процессами в опытно-конструкторских бюро, научно-исследовательских и проекгных организацияхво-вторых, в автоматизированных системах управления сложными процессами, создание точных математических моделей которых затруднительно.

Использование результатов работы позволяет получить экономический эффект за счет повышения качества работы подразделений вневедомственной охраны по охране объектов и экономии материальных ресурсов.

Реализация и внедрение результатов работы. Основные теоретические и практические результаты работы реализованы в процессе создания системы передачи извещений для централизованной охраны объектов, которая, в настоящее время, функционирует в подразделениях вневедомственной охраны г. Воронежа и г. Саратова, что подтверждается представленными актами внедрения. Годовой экономический эффект от использования указанной системы составляет 22 тыс. рублей на каждые 100 номеров задействованной емкости.

Апробация работы. Основные результаты докладывались и обсуждались на всероссийской конференции «Повышение помехоустойчивости систем технических средств охраны» (Воронеж, 199.5г.), научно-практических конференциях в Воронежской высшей школе МВД России.

Публикации. По результатам исследований опубликовано В печатных работ, получено 2 свидетельства на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 106 наименований и содержит 145 страниц машинописного текста, 26 рисунков, 8 таблиц и приложения на 24 страницах.

Результаты работы подтверждаются статистическими данными, полученными в ходе эксплуатации комплекса.

Председатель комиссии: Зам. начальника 0В0 при Ленинском маиоо милиции.

Члены комиссии: i.

Мспектор" инженер ОНЭТи УЬЮ при от. лейтенант милиции.

Начальник ЩО при Ленинском F0.

Наблюдение.

Индивидуальные.

1.

Гмо^й Анкетироштурм" вание т&trade- 1.

Круглый стол Интервью I.

Ролевые ' | Диалог игры.

Экспертные игры.

Протокол «мыслей 1 вслух» .

Лекции.

Анализ учебников.

Анализ.