Система підтримання прийняття рішень для оцінювання стану повітря за неточних вхідних даних

The article deals with the design of a decision support system structure for assessing the state of atmospheric air under inaccurate input data. The methodologies of constructing information systems, their advantages and disadvantages when applying to the design of a decision support system are cons...

Full description

Saved in:

Bibliographic Details
Date:	2019
Main Author:	Kryvakovska, Regina V.
Format:	Article
Language:	Ukrainian
Published:	The National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" 2019
Subjects:	оцінка стану повітря система підтримки прийняття рішень
Online Access:	https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/183876
Tags:	Add Tag No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:	System research and information technologies
Download file:

Institution

System research and information technologies

_version_	1866302619554676736
author	Kryvakovska, Regina V.
author_facet	Kryvakovska, Regina V.
author_sort	Kryvakovska, Regina V.
baseUrl_str	http://journal.iasa.kpi.ua/oai
collection	OJS
datestamp_date	2019-12-13T15:15:18Z
description	The article deals with the design of a decision support system structure for assessing the state of atmospheric air under inaccurate input data. The methodologies of constructing information systems, their advantages and disadvantages when applying to the design of a decision support system are considered. The data streams are investigated and the corresponding diagram is proposed on the basis of them. The structure of the system as a whole is proposed, as well as the construction of a model base as the part of a complex system. Different questions related to functioning of the system are considered such as the organization of the data exchange, definition of conditions of applicability and verification of models, synchronization of work of various parts of the system.
doi_str_mv	10.20535/SRIT.2308-8893.2019.3.05
first_indexed	2025-07-17T10:26:29Z
format	Article
fulltext	 Р.В. Криваковська, 2019 Системні дослідження та інформаційні технології, 2019, № 3 55 УДК 004.9:504.064 DOI: 10.20535/SRIT.2308-8893.2019.3.05 СИСТЕМА ПІДТРИМАННЯ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ ДЛЯ ОЦІНЮВАННЯ СТАНУ ПОВІТРЯ ЗА НЕТОЧНИХ ВХІДНИХ ДАНИХ Р.В. КРИВАКОВСЬКА Анотація. Розглянуто питання проектування структури системи підтримання прийняття рішень для оцінювання стану атмосферного повітря за неточних вхідних даних, а також методологію побудови інформаційних систем, їх пере- ваги і недоліки при застосуванні до питання проектування системи підтриман- ня прийняття рішень для оцінювання стану атмосферного повітря за неточних вхідних даних. Досліджено потоки даних і на їх основі запропоновано відпові- дну діаграму, а також структуру системи в цілому. Розглянуто побудову бази моделей як частини складної системи, різні аспекти функціонування сис- теми, зокрема такі, як організація обміну даними, визначення умов застосов- ності та верифікація моделей, синхронізація роботи різних частин системи. Ключові слова: оцінювання стану повітря, система підтримання прийняття рішень. ВСТУП Оцінювання стану навколишнього середовища потребує розроблення ком- плексних інформаційних систем на основі моніторингу стану довкілля, мо- делювання процесів надходження та поширення шкідливих речовин, а та- кож створення ефективних методів прийняття рішень для зниження небезпечних впливів на екосистеми та здоров’я населення. Для оцінювання стану навколишнього середовища доцільним є ство- рення інформаційних систем із функціями підтримання прийняття рішень (СППР) щодо регулювання параметрів викидів забруднювальних речовин в атмосферу для забезпечення заданих стандартів якості повітря [1–4]. Особливістю завдань з оцінювання стану атмосферного повітря є те, що дані, які подаються на вхід таких систем, як правило, є неточними. Тому під час проектування систем оцінювання стану атмосферного повітря необхідно передбачити блоки, які б дозволяли працювати з такими даними і отримува- ти задовільні результати за подібних обмежень. ПОСТАНОВКА ЗАВДАННЯ У роботі розглядається вирішення завдання загального опису сучасної інфо- рмаційної системи оцінювання стану атмосферного повітря (ІСОСАП), її основних блоків та функціональних режимів. Інтерактивна інформаційна система має містити базу даних, блоки моделювання, прийняття рішення, уведення та візуалізації даних, інформування населення. Система повинна забезпечувати швидкий та зручний інформаційний обмін між усіма корис- Р.В. Криваковська ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2019, № 3 56 тувачами інформаційної системи, а також мати змогу оперативно надсилати повідомлення особам, що приймають рішення, у разі потреби. Для цього необхідно розглянути структуру такої системи в цілому, визначити потоки даних, наявних у подібних системах, з’ясувати функції, які виконують окремі блоки цих систем, побудувати діаграми низового рівня для них. РОЗРОБЛЕННЯ СТРУКТУРИ СИСТЕМИ ПІДТРИМАННЯ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ Вибір методології проектування інформаційної системи є важливим кроком, оскільки правильне використання методологічних засобів дозволяє при- швидшити процес проектування і запобігти появі механічних помилок. Є декілька підходів, використовуваних для побудови інформаційних сис- тем. Два основні з них — це структурний та об’єктно-орієнтований підходи [5]. Згідно зі структурним підходом спочатку створюється структура сис- теми, яка надалі розбивається на підструктури й уточнюється. За об’єктно- орієнтованого підходу спочатку розглядаються об’єкти, з яких складається система, які потім об’єднуються в цілісну структуру. Обидва підходи мають недоліки. Недоліком об’єктно-орієнтованого підходу є те, що в разі інтеграції де- кількох об’єктів у цілісну систему може виникнути ситуація, коли об’єкти не є сумісними. Структурний підхід не має цього недоліку, але під час його використання може виникнути ситуація, коли створена структура системи не відповідатиме її завданням (наприклад, якщо функції завдання системи змінилися або були уточнені після проектування) [5]. Розглянемо засоби, що використовуються для проектування інформа- ційних систем за обох підходів до їх створення. Під час проектування інформаційної системи за структурним підходом використовуються дві групи засобів, які відображають відповідно функції, що виконує система, та потоки даних у ній. На сучасному етапі розвитку кожній групі засобів відповідають такі технології: — для зображення функціональної структури системи — методологія SADT (Structured Analysis and Design Technique) і відповідні діаграми; — для аналізу потоків даних — діаграми потоків даних або DFD (Data Flow Diagrams) [5]. У межах об’єктно-орієнтованого підходу існує декілька методологій, таких як OMT (Object Modeling Technique), JSD (Jackson Structured Development), OSA (Object-Oriented System Analysis) [5]. Натепер стандар- том об’єктно-орієнтованого проектування де-факто є проектування за допо- могою мови UML [6]. Інформаційна система оцінювання стану атмосферного повітря є склад- ною системою, яка містить декілька визначених блоків. Системи такого ти- пу добре піддаються декомпозиції, тому застосування структурного підходу видається очевидним. Але оскільки блоки системи — це складні програмні комплекси і для деяких з них уже існує програмна реалізація, створення якої власними силами є дуже складним, часо- та трудомістким процесом, то за- стосовувати повністю структурний підхід неможливо. Таким чином, варто проектувати засоби ІСОСАП, використовуючи змішаний підхід, за якого Система підтримання прийняття рішень для оцінювання стану повітря … Системні дослідження та інформаційні технології, 2019, № 3 57 блоки системи проектуються за структурним підходом, а для проектування окремого блока може бути застосований об’єктно-орієнтований підхід. Оскільки для створення ІСОСАП вибрано змішаний підхід, то для про- ектування будуть використовуватись обидві методології проектування. Основна структура системи проектується у межах структурного підхо- ду, тому для роз’яснення структури необхідно розглянути потоки даних між елементами інформаційної системи. Діаграму потоків даних показано на рис. 1. Можна зауважити, що на діаграмі зображено два основні види потоків: метеорологічний потік та потік даних про забруднення. Кожен набір даних формується своїми підсистемами. На основі побудованої діаграми потоків даних можна побудувати стру- ктуру ІСОСАП. Для цього скористаємося підходом SADT. Можна побачити, що кожному блоку на діаграмі потоків даних можна зіставити блок базової структури системи. Структуру показано на рис. 2. Рис. 1. Діаграма потоків даних: x, y — координати; t — час; C — концентрація забруднювальних речовин; tm — температура; P — тиск; V, W — швидкості вітру (по осях х та у відповідно), h — вологість i, Ci, t, x, y tm, P, V, W, h i, Ci, t, x, y tm, P, V, W, h i, Ci, t, x, y ,d i, Ci, t, x, y i, Ci, t, x, y, Дані: про погоду про джерела забруднення з постів спостереження Можливі засоби впливу Особа, що приймає рішення Експерт Єкологічні результати Очікувана вартість Засоби впливу Нормативи забруднення повітря Економічні обмеження Рис. 2. Базова структура системи: СКБД — система керування базою даних; СКБМ — система керування базою моделей; БОАР — блок оцінювання та аналізу ризиків; БПР — блок прийняття рішення; БПМ — блок просторового моделювання Р.В. Криваковська ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2019, № 3 58 Оскільки важливою частиною інформаційної системи є моделювальна підсистема або база моделей, то її структуру слід розглянути окремо. Загальний вигляд бази моделей ІСОСАП показано на рис. 3. Складність моделювання та верифікації результатів зумовлює виник- нення таких завдань, які потрібно вирішити під час проектування бази мо- делей ІСОСАП: 1) організація обміну даними; 2) визначення умов застосовності та верифікації моделей; 3) синхронізація роботи різних частин системи. Організація обміну даними полягає в тому, що дані між блоками систе- ми повинні передаватися у форматах, зрозумілих для цих блоків. Умови за- стосовності моделей потрібно визначати до включення моделей до складу бази моделей. Детальніше зупинимось на синхронізації роботи різних час- тин систем. Задачу синхронізації роботи моделей, що входять до складу системи, можна подати у вигляді декількох підзадач. Одна із задач синхронізації — це автоматична ініціалізація моделей та перевірка умов закінчення їх роботи. Обов’язковою умовою для запуску конкретної моделі є забезпечення її вхідними даними в потрібному форматі та необхідної точності. У базі моделей повинні бути визначені ознаки того, що модель закінчила свою роботу. Якщо під час роботи моделі виникає по- милка, її потрібно зазначити і визначити ознаки виникнення помилки. Існують два способи організації запуску моделей: запуск моделі в пев- ний момент часу та запуск моделі за вимогою Запуск моделі в певний момент часу. У цьому випадку модель запус- кається автоматично з деякою регулярністю (наприклад, один раз на добу). При цьому вважається, що дані для моделювання сформовані і містяться у папці для вхідних даних. Такий підхід дозволяє спланувати роботу моделей, ефективно використовуючи машинний час (наприклад, завдяки запуску ре- сурсомістких операцій у час найменшої активності користувачів). Недо- лік — можливий запуск нової моделі в той час, коли ще не закінчився час Дані про погоду Дані про джерела забруднення Дані про пости спостержеення Рис. 3. Загальний вигляд бази моделей ІСОСАП Система підтримання прийняття рішень для оцінювання стану повітря … Системні дослідження та інформаційні технології, 2019, № 3 59 роботи попередньої. Регулярний запуску моделі потребує регулярного онов- лення вхідних даних, що не завжди можливо. В UNIX-системах для запуску програм у певні моменти часу викорис- товуються скрипти cron (cron — це програма, яка дозволяє запускати інші програми з певною регулярністю). У Windows для регулярного запуску про- грам застосовуються засоби сторонніх розробників або вбудований плану- вальник. Запуск моделі за вимогою. У цьому випадку програма запускає мо- дель безпосередньо за вимогою користувача, або коли виконуються необ- хідні умови ініціалізації моделі (у папці з вхідними даними з’являються файли). Така організація запуску моделей дозволяє обійтися без «холостих» запусків, якщо вхідні дані надходять до програми нерегулярно. Але у випа- дку багатокористувацької системи можливий одночасний запуск декількох ресурсномістких завдань одночасно, що сповільнює роботу всіх запущених моделей. Для запуску складних комплексних моделей можна застосовувати спе- ціальні програми — скрипти або сценарії, які реалізують послідовності опе- рацій для виконання на комп’ютері. Структурна схема бази моделей, показана на рис 3, не містить додатко- вих блоків, що вирішують функції з організації моделювання. Тому запро- поновано детальну схему бази моделей, до складу якої включено додаткові блоки, що забезпечують ініціалізацію, синхронізацію, верифікацію та пере- ведення форматів даних. Цю схему зображено на рис. 4. Призначення блоків бази моделей, показаних на цьому рис. 4: 1) запуск (блок ініціалізації) та закінчення роботи моделі (блок перевірки закінчення роботи та оброблення помилок); Блок ініціалізації моделі Блок опису зберігання моделей Блок перевірки закінчення роботи та оброблення помилок Вихідні дані Вхідні дані Генератор тестових завдань Блок верифікації Інтерпретатор/ конвектер формата Рис. 4. Детальна схема бази моделей Р.В. Криваковська ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2019, № 3 60 У ве де нн я ін ф ор м ац ії П ок аз ін ф ор м ац ії П ря м е м од ел ю ва нн я Р оз в’ яз ан ня об ер не но ї з ад ач і м од ел ю ва нн я У ве де нн я па ра м ет рі в Б М Д У ве де нн я і о бч ис ле нн я по хи бо к м од ел і В из на че нн я до ст ов ір но ст і м од ел ю ва нн я Б аз а м од ел ей Б аз а да ни х О бч ис ле нн я ф ун кц ій «д ж ер ел о- ре це пт ор » С кр ип т Б М Д С кр ип т об чи сл ен ня по хи бо к За пу ск Б М Д С ай т го л ов н а С ай т Р ис . 5 . С тр ук ту ра с ай ту — б ай єс ов а м ер еж а до ві ри ( Б М Д ) Система підтримання прийняття рішень для оцінювання стану повітря … Системні дослідження та інформаційні технології, 2019, № 3 61 Р ис . 6 . Д іа гр ам а ко м по не нт ів : Б М Д — б ай єс ов а м ер еж а до ві ри «д же ре ло -р ец еп то р» Ув ед ен ня Р.В. Криваковська ISSN 1681–6048 System Research & Information Technologies, 2019, № 3 62 2) ідентифікація виникнення помилок та програма роботи з помилка- ми(блок перевірки закінчення роботи та оброблення помилок); 3) переведення форматів, використовуваних під час роботи з моделями (інтерпретатор/конвертер форматів); 4) створення тестових завдань для верифікації моделей (генератор тес- тових завдань); 5) верифікація моделей (блок верифікації); 6) опис та зберігання моделей (блок опису і зберігання моделей). Спроектовану систему реалізовано у вигляді веб-сайту і підключених програм, що виконують необхідні функції. Створена система складається з двох основних частин: інтерфейсу та програм-обробників. Загальний вигляд структури вікон програми і зв’язки з програмами-обробниками показано на рис. 5. Можна також побудувати діаграму компонентів для основних підсистем (рис. 6). Компоненти дозволяють бачити, які частини системи за що відпові- дають і як вони пов’язані між собою. ВИСНОВКИ У роботі розглянуто процес проектування інформаційної системи оцінюван- ня стану атмосферного повітря. Обрано методологію розроблення. Побудо- вано діаграми потоків даних. Розглянуто структури системи в цілому та окремих її частин. Таким чином, за допомогою запропонованої структури інформаційної системи може бути реалізована ефективна стратегія оцінювання стану повіт- ря, яка поєднує моніторинг, інвентаризацію викидів, моделювання розсіяння забруднювальних речовин в атмосфері та яка дозволяє працювати з неточ- ними вхідними даними. ЛІТЕРАТУРА 1. Cai Y.P. An optimization-model-based interactive decision support system for re- gional energy management systems planning under uncertainty / Y.P. Cai, G.H. Huang, Q.G. Lin et al. // Expert Systems with Applicationsю. — 2009. — 36. — P. 3470–3482. 2. Carnevale C. A multi-objective nonlinear optimization approach to designing effec- tive air quality control policies / C. Carnevale, E. Pisoni, M. Volta // Automatica. — 2008. — 44. — P.1632–1641. 3. Makowski Marek. Multi-objective Decision Support Including Sensitivity Analysis International Institute for Applied Systems Analysis / Marek Makowski // Pollu- tion Prevention and Abatement Handbook. — Austria, 2011. — P. 21–22. 4. Xuebin L. Study of multi-objective optimization and multi-attribute decision-making for economic and environmental power dispatch / L. Xuebin // Electric Power Systems Research. — 2009. — 79. — P. 789–795. 5. Ситник В.Ф. Системи підтримки прийняття рішень: навч. посіб. / В.Ф. Сит- ник. — К.: КНЕУ, 2004. — 614 с. 6. Фаулер М. UML. Основы / М. Фаулер. — 3-е изд.; пер. с англ. — СПб: Символ- Плюс, 2004. — 192 с. Надійшла 04.04.2019
id	journaliasakpiua-article-183876
institution	System research and information technologies
keywords_txt_mv	keywords
language	Ukrainian
last_indexed	2025-07-17T10:26:29Z
publishDate	2019
publisher	The National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute"
record_format	ojs
resource_txt_mv	journaliasakpiua/e7/daf915e235b320a93bd6a9e038aea3e7.pdf
spelling	journaliasakpiua-article-1838762019-12-13T15:15:18Z Decision support system for assessing the state of atmospheric air under inaccurate input data Система поддержки принятия решений для оценки состояния воздуха при неточных входных данных Система підтримання прийняття рішень для оцінювання стану повітря за неточних вхідних даних Kryvakovska, Regina V. оцінка стану повітря система підтримки прийняття рішень оценка состояния воздуха система поддержки принятия решений air condition assessment decision support system The article deals with the design of a decision support system structure for assessing the state of atmospheric air under inaccurate input data. The methodologies of constructing information systems, their advantages and disadvantages when applying to the design of a decision support system are considered. The data streams are investigated and the corresponding diagram is proposed on the basis of them. The structure of the system as a whole is proposed, as well as the construction of a model base as the part of a complex system. Different questions related to functioning of the system are considered such as the organization of the data exchange, definition of conditions of applicability and verification of models, synchronization of work of various parts of the system. Рассмотрен вопрос проектирования структуры системы поддержки принятия решений для оценки состояния атмосферного воздуха при неточных входных данных, а также методологию построения информационных систем, их преимущества и недостатки при применении к вопросу проектирования системы поддержки принятия решений для оценки состояния атмосферного воздуха при неточных входных данных. Исследованы потоки данных и на их основе предложена соответствующая диаграмма и структура системы в целом. Рассмотрено построение базы моделей как части сложной системы, различные вопросы функционирования системы, такие, как организация обмена данными, определения условий применимости и верификация моделей, синхронизация работы различных частей системы. Розглянуто питання проектування структури системи підтримання прийняття рішень для оцінювання стану атмосферного повітря за неточних вхідних даних, а також методологію побудови інформаційних систем, їх переваги і недоліки при застосуванні до питання проектування системи підтримання прийняття рішень для оцінювання стану атмосферного повітря за неточних вхідних даних. Досліджено потоки даних і на їх основі запропоновано відповідну діаграму, а також структуру системи в цілому. Розглянуто побудову бази моделей як частини складної системи, різні аспекти функціонування системи, зокрема такі, як організація обміну даними, визначення умов застосовності та верифікація моделей, синхронізація роботи різних частин системи. The National Technical University of Ukraine "Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute" 2019-10-07 Article Article application/pdf https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/183876 10.20535/SRIT.2308-8893.2019.3.05 System research and information technologies; No. 3 (2019); 55-62 Системные исследования и информационные технологии; № 3 (2019); 55-62 Системні дослідження та інформаційні технології; № 3 (2019); 55-62 2308-8893 1681-6048 uk https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/183876/183690 Copyright (c) 2021 System research and information technologies
spellingShingle	оцінка стану повітря система підтримки прийняття рішень Kryvakovska, Regina V. Система підтримання прийняття рішень для оцінювання стану повітря за неточних вхідних даних
title	Система підтримання прийняття рішень для оцінювання стану повітря за неточних вхідних даних
title_alt	Decision support system for assessing the state of atmospheric air under inaccurate input data Система поддержки принятия решений для оценки состояния воздуха при неточных входных данных
title_full	Система підтримання прийняття рішень для оцінювання стану повітря за неточних вхідних даних
title_fullStr	Система підтримання прийняття рішень для оцінювання стану повітря за неточних вхідних даних
title_full_unstemmed	Система підтримання прийняття рішень для оцінювання стану повітря за неточних вхідних даних
title_short	Система підтримання прийняття рішень для оцінювання стану повітря за неточних вхідних даних
title_sort	система підтримання прийняття рішень для оцінювання стану повітря за неточних вхідних даних
topic	оцінка стану повітря система підтримки прийняття рішень
topic_facet	оцінка стану повітря система підтримки прийняття рішень оценка состояния воздуха система поддержки принятия решений air condition assessment decision support system
url	https://journal.iasa.kpi.ua/article/view/183876
work_keys_str_mv	AT kryvakovskareginav decisionsupportsystemforassessingthestateofatmosphericairunderinaccurateinputdata AT kryvakovskareginav sistemapodderžkiprinâtiârešenijdlâocenkisostoâniâvozduhaprinetočnyhvhodnyhdannyh AT kryvakovskareginav sistemapídtrimannâprijnâttâríšenʹdlâocínûvannâstanupovítrâzanetočnihvhídnihdanih

Система підтримання прийняття рішень для оцінювання стану повітря за неточних вхідних даних

Institution

Similar Items