Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Проблемы принятия управленческих решений руководителями оперативных подразделений при тушении пожаров в крупных городах 15
1.1. Необходимость применения систем поддержки принятия решений в управлении пожарными подразделениями 15
1.2. Процесс принятия управленческих решений руководителем тушения пожара и круг задач, решаемых с помощью систем поддержки принятия решений 23
1.3. Анализ систем поддержки принятия решений, применяемых для оперативного управления пожарными подразделениями. Постановка задачи исследования 30
1.4. Выводы 46
Глава 2. Общая методика построения модели решения задачи определения ранга пожара 47
2.1. Параметры, влияющие на установление ранга пожара 48
2.2. Анализ методов получения качественных экспертных оценок 60
2.3. Математическая модель задачи определения ранга пожара 66
2.4. Выводы 76
Глава 3. Экспертные модели по определению ранга пожара, основанные на теории нечетких множеств 79
3.1. Математические основы построения экспертной модели при расплывчатости границ между смежными рангами пожара 79
3.2. Определение ранга пожара на основе метода экспертной классификации 87
3.3. Определение ранга пожара по диаграммам состояния объекта 96
3.4. Выводы 104
Глава 4. Особенности использования систем поддержки принятия решений по определению ранга пожара 106
4.1. Основные проблемы экспертной оценки объекта 106
4.2. Разработка метода оценки компетентности экспертов 108
4.3. Организационно-технические аспекты применения системы поддержки принятия решений по определению ранга пожара 114
4.4. Экспериментальная оценка эффективности применения систем поддержки принятия управленческих решений по определению ранга пожара 125
4.5. Выводы 131
Заключение 133
Литература 136
Приложения 148
- Процесс принятия управленческих решений руководителем тушения пожара и круг задач, решаемых с помощью систем поддержки принятия решений
- Анализ методов получения качественных экспертных оценок
- Определение ранга пожара на основе метода экспертной классификации
- Разработка метода оценки компетентности экспертов
Введение к работе
Роль городов в развитии общества непрерывно возрастает. Растет население городов, увеличивается их территория, меняется характер городских поселений, они сливаются, образуя агломерации, мегаполисы. Если в начале 20 века в городах проживало только 14% населения Земли, к 1950 году -30%, то в начале 21 века уже примерно половина населения Земли живет в городах, а в наиболее развитых странах более 70-90% их населения являются жителями городов [92]. В России большая часть населения страны (73 %) также проживает в городах, причем свыше 35 % горожан являются жителями 13 крупных городов-миллионеров [33].
Быстрый рост городов порождает много проблем социального, экономического и экологического характера. В городах возникает большинство пожаров, аварий и других чрезвычайных происшествий, уносящих человеческие жизни и ценности. При росте городов, к сожалению, наблюдается и тенденция роста перечисленных опасностей, в том числе пожаров. Большая часть пожаров в городах возникает в жилых домах, и именно в них погибает большая часть людей, ставших жертвами пожаров. Анализ статистических данных показал, что около 35% пожаров произошли в жилых и административных зданиях, где погибли 85% - 90% всех жертв [11].
Вот лишь некоторые из примеров крупных пожаров в административных и жилых зданиях, произошедших на территории России:
1977 г., февраль, Москва, гостиница «Россия», при пожаре в 11- и 23-этажных корпусах погибло 42 человека;
1991 г., февраль, Санкт-Петербург, во время пожара в гостинице «Ленинград» на 7 этаже погибло 16 человек;
- 1999 г., февраль, Самара, при пожаре в 5-этажном здании ГУВД по-
гибло 53 человека;
1999 г., декабрь, Москва, во время пожара в общежитии МГУ погибло 12 человек;
2003 г., ноябрь, Москва, при пожаре в 5-этажном здании общежития Российского университета дружбы народов погиб 41 человек.
При тушении пожаров в городских условиях пожарные сталкиваются с многочисленными трудностями, препятствующими ликвидации горения. К числу таких трудностей можно отнести: увеличение числа высотных зданий и зданий повышенной этажности, увеличение площадей промышленных и гражданских объектов, широкое применение полимерных горючих материалов, увеличение транспортного потока на улицах городов, ведущего к увеличению времени следования пожарных подразделений. Все эти обстоятельства способствует росту количества и масштабов пожаров.
Поэтому постоянное нарастание пожарной угрозы в городах диктует необходимость повышения эффективности систем пожарной безопасности объектов, что требует проведения целого комплекса мероприятий, в том числе:
повышение качества пожарной техники;
широкое внедрение автоматических средств пожарной сигнализации, тушения пожаров, противодымной защиты;
повышение качества оперативного управления пожарными подразделениями;
улучшение надзорно-профилактической противопожарной деятельности;
повышение профессионального уровня работников пожарной охраны.
В этом комплексе мероприятий особо следует отметить повышение качества оперативного управления подразделениями пожарной охраны в целях обеспечения рационального использования ограниченных ресурсов и оптимизации деятельности всей системы пожарной охраны.
Известно, что основой оперативного управления является принятие ре-
шения руководителем тушения пожара (РТП). От его обоснованности во многом зависит функционирование сил и средств пожарной охраны и эффективность мер по предотвращению пожара, его ликвидации, спасению людей и материальных ценностей. Характерной особенностью принятия решений руководителем тушения пожаров при управлении оперативными пожарными подразделениями являются крайне ограниченное время для принятия решений и недостаточность конкретной информации о пожарах, в том числе:
о причинах пожаров (взрыв газовоздушной смеси, поджог, неисправность электротехники, неосторожное обращение с огнем и др.);
о местах возникновения пожаров, направлениях и времени их свободного развития, площади пожаров;
о состоянии технических средств пожаротушения и дымоудаления в зданиях;
- о количестве людей, подлежащих эвакуации и местах их нахождения.
Ограниченность времени, и недостаточность информации значительно
повышают ответственность решений, принимаемых руководителями, и предъявляют высокие требования к их компетенции и личным качествам.
Сложность выбора решений и прогнозирования их последствий усугубляется тем, что этот процесс осуществляется в условиях действия факторов неопределенности и риска.
При принятии решений в процессе оперативного управления руководитель обязан руководствоваться указаниями нормативных документов, на основе которых, и строится план ведения боевых действий.
Существующие в настоящее время документы нормативного и методического характера [77 - 80] требуют жесткого норматива выделения сил и средств от подразделений пожарной охраны, и не всегда учитывают складывающуюся на текущий момент оперативную обстановку в городе. В подобных случаях руководителю тушения пожара приходится полагаться только на свой опыт, знания и интуицию, что не может гарантировать эффективного
результата. Из-за жесткого норматива выделения сил и средств зачастую остаются без должного прикрытия некоторые обслуживаемые районы, в которых имеется вероятность возникновения серьезных пожаров. Руководитель тушения пожара в таких случаях сталкивается с многокритериальной задачей с противоречивыми целями. Такие задачи являются наиболее сложными в теории принятия решений, и применительно к задаче оптимального привлечения сил и средств пожарной охраны для ликвидации пожара они до конца не решены.
Для решения этих задач необходимо учитывать комплексность проблемы, многовариантность и неочевидность многих ситуаций оперативной обстановки. При этом игнорирование тех или иных связей и отношений между элементами обстановки может означать одностороннее, а следовательно, искаженное отражение действительности, что, в свою очередь, может явиться причиной серьезных ошибок в решении задач, возникающих перед подразделениями пожарной охраны.
Применение новых информационных и коммуникационных технологий, реализуемых на электронных вычислительных машинах (ЭВМ) и компьютерных средствах связи позволяет значительно повысить качество оперативного управления пожарными подразделениями.
Существует настоятельная необходимость ускоренного перехода от сложившихся традиционных методов управления к комплексному применению автоматизированных (человеко-машинных) систем управления. В связи с этим, требуется разработка систем поддержки принятия решений (СППР), позволяющих осуществлять более детальную подготовку решений на основе заранее разработанных рекомендаций высококвалифицированных специалистов.
Автоматизация процесса управления силами и средствами, оснащение пожарных подразделений вычислительной техникой дают возможность снизить субъективный фактор при принятии решений.
Практическая значимость систем поддержки принятия решений (информационно-аналитических систем) в значительной степени зависит от эффективного взаимодействия постановщика проблемы (заказчика СППР) и специалиста по предоставлению и систематизации необходимых данных (разработчика СППР), обрабатываемых компьютером. Это обусловливает целесообразность создания методов решения управленческих задач, обеспечивающих автоматизированную выработку рекомендаций для лица, принимающего решение (ЛПР).
В работе предлагается разработать методы и алгоритмы решения задачи определения ранга пожара, и на их основе построить системы поддержки принятия управленческих решений по определению ранга пожара.
Цель работы: разработка методов и алгоритмов решения управленческой задачи по определению необходимых сил и средств для тушения пожаров в крупных городах, обеспечивающих полноту выявления и учета возможных ситуаций, позволяющих повысить обоснованность и эффективность решений, принимаемых руководителями оперативных пожарных подразделений и уменьшающих субъективный характер принятия решений.
Основные задачи работы:
исследование проблемы принятия управленческих решений руководителями пожарных подразделений при тушении пожаров;
обоснование необходимости применения систем поддержки принятия решений в управлении пожарными подразделениями при тушении пожаров в крупных городах;
разработка методов и алгоритмов решения задачи определения ранга пожара для различных объектов;
разработка метода определения компетентности экспертов;
создание комплекса программных средств, составляющих основу системы поддержки принятия решений по определению ранга пожара;
выявление особенностей использования систем поддержки принятия
решений по определению ранга пожара;
- экспериментальная проверка методов решения задачи определения
ранга пожара.
Объект исследования - системы поддержки принятия управленческих решений при оперативном управлении пожарными подразделениями.
Предмет исследования - методы определения ранга пожара с применением систем поддержки принятия управленческих решений.
Методы исследования, применяемые в работе, базируются на системном подходе, теории управления и принятия решений, методах экспертной классификации, теории нечётких множеств, методе построения диаграмм состояний исследуемого объекта в многомерном пространстве его параметров.
Научная новизна полученных результатов заключается в том, что в диссертации впервые научно обоснованы и разработаны:
математическая модель и алгоритм решения задачи определения ранга пожара, позволяющие формализовать параметры, влияющие на определение ранга пожара с учетом их значимости.
метод и алгоритм решения задачи определения ранга пожара, основанные на использовании математического аппарата теории нечетких множеств, обеспечивающие полноту выявления и учета возможных ситуаций;
метод и алгоритм решения задачи определения ранга пожара, основанные на построении диаграммы состояний исследуемого объекта в многомерном пространстве его параметров, позволяющие учитывать влияние всей совокупности параметров на ранг пожара;
- метод определения компетентности экспертов, участвующих в по
строении системы поддержки принятия решений по определению ранга по
жара, основанный на априорных и тестовых способах оценки уровня квали
фикации эксперта и позволяющий повысить уровень достоверности инфор
мации, получаемой от экспертов.
Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечивается применением апробированного математического аппарата, а также экспериментальной проверкой разработанных математических моделей.
Практическая значимость работы заключается в следующем:
данные исследования позволили выработать новые подходы к разработке информационно-советующих систем поддержки принятия управленческих решений при оперативном управлении пожарными подразделениями;
показана эффективность применения математического аппарата теории нечетких множеств, экспертной классификации, методов построения диаграмм состояний исследуемого объекта в многомерном пространстве его параметров для решения задачи определения ранга пожара;
применение разработанных математических моделей по определению ранга пожара позволяет формализовать процесс принятия решений и способствует повышению степени их обоснованности.
В работе показано, что системы поддержки принятия решений по определению ранга пожара, построенные на основе разработанных методов и алгоритмов, позволяют значительно сократить время, необходимое на принятие решений, способствуют повышению оперативности управления пожарными подразделениями и могут применяться руководителями оперативных пожарных подразделений для решения следующих типов управленческих задач:
Оценка текущего состояния пожара и динамики его развития. Системы предоставляют руководителям оперативных подразделений и диспетчеру центра управления силами возможность в любой момент времени определить необходимый состав сил и средств на основе оперативной информации, источником которой являются данные разведки пожара.
Сравнительный анализ эффективности деятельности руководителей пожарных подразделений на различных пожарах. При наличии соответствующей информации системы позволяют провести сравнительный анализ
принятых руководящим составом решений по определению необходимых сил и средств, а также позволяют оценить принятие определённого варианта управленческого решения на пожарно-тактических учениях и занятиях.
3. Разработка документов предварительного планирования боевых действий пожарных подразделений. Системы поддержки принятия решений позволяют разрабатывать планы пожаротушения для крупных объектов, которые способствуют организации мероприятий по заблаговременной подготовке сил и средств к действиям в условиях пожара.
Внедрение результатов исследования. Результаты исследования внедрены в практическую деятельность Управления государственной противопожарной службы ГУ ГОЧС Ростовской области, использованы в учебном процессе по дисциплине «Информационные технологии управления» в Академии ГПС МЧС России, в научных исследованиях в Федеральном центре науки и высоких технологий ВНИИ ГОЧС МЧС России при разработке методических рекомендаций по созданию структурированной системы мониторинга и управления инженерными системами потенциально опасных объектов, зданий и сооружений, а также при разработке «Концепции совершенствования автоматизированной системы пожарной безопасности на объектах культурно-зрелищного назначения», предусмотренной Единым тематическим планом НИОКР МЧС России на 2004 год, часть 2 (П. АкГПС. Д. 02.2004 «Культура», раздел 3, п. 3.4.13).
Внедрение результатов диссертационной работы подтверждается соответствующими актами.
На защиту выносятся:
алгоритм решения задачи определения ранга пожара на основе метода экспертной классификации;
метод и алгоритм решения задачи определения ранга пожара, основанные на использовании математического аппарата теории нечетких множеств;
- метод и алгоритм решения задачи определения ранга пожара, основан
ные на построении диаграммы состояний исследуемого объекта в многомер
ном пространстве его параметров;
- метод определения компетентности экспертов, участвующих в по
строении системы поддержки принятия решений по определению ранга по
жара;
- алгоритм определения состава экспертной комиссии.
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на семинарах в учебно-научном комплексе автоматизированных систем и информационных технологий Академии Государственной противопожарной службы МЧС России, а также на международных и всероссийских конференциях: 11-й, 12-й и 13-й международных конференциях «Системы безопасности» (Москва - 2002, 2003, 2004); международной научно-технической конференции «Молодые ученые - науке, технологиям и профессиональному образованию» (Москва - 2003); 8-м и 9-м международных форумах «Технологии безопасности» (Москва - 2003, 2004).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, 5 в соавторстве [101 - 105] и 4 самостоятельно [40 - 43].
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 193 страницы: 135 страниц основного текста, включающего 16 рисунков, 8 таблиц; список литературы из 135 наименований на 12 страницах и 4 приложения на 46 страницах.
Процесс принятия управленческих решений руководителем тушения пожара и круг задач, решаемых с помощью систем поддержки принятия решений
Рассмотрим более подробно процесс принятия решения РТП и задачи управления, которые решаются с помощь систем поддержки принятия решений.
Процесс принятия решений играет ключевую роль в управлении любой организацией. Теоретическую основу разработки эффективных управленческих решений составляет теория принятия решений, важный вклад в развитие которой внесли В.М. Глушков [21, 22], Л. Заде [31, 133, 134], О.И. Ларичев [51 - 53], Т. Саати [84, 85, 130], Э.А. Трахтенгерц [107] и др.
В задачах ликвидации пожаров, как и в целом в задачах управления, процесс принятия решений, по сути, отождествляется с деятельностью лица, принимающего решения - т.е. руководителем тушения пожара.
Принятие управленческих решений носит циклический характер, начиная с обнаружения несоответствия параметров плановым, заданным или нормативным и заканчивается принятием и реализацией решений, которые должны это несоответствие ликвидировать [99].
Процесс принятия решений представляет собой последовательное выполнение следующих основных действий [54]: 1. Сбор и обработка информации о проблеме. 2. Анализ информации. 3. Моделирование текущего состояния объекта. 4. Генерация решений. 5. Формирование критериев для принятия решений. 6. Выбор решений в соответствии с принятыми критериями. 7. Ранжирование решений по порядку предпочтения. 8. Моделирование последствий принятия решений. 9. Принятие решений. 10. Доведение информации до исполнителей. 11. Контроль исполнения решения. 12. Получение информации о состоянии объекта после исполнения решений. При необходимости осуществляется возврат к п.2 и повторение цепочки. В процессе управления любой организационной системой, независимо от того, используются или нет средства автоматизации, руководителю приходится выполнять практически все перечисленные действия. С точки зрения общей теории управления руководство силами и средст 26 вами при тушении пожаров во времени можно рассматривать, как функционирование системы оперативного управления.
В любой системе оперативного управления имеются субъект управления, в нашем случае - руководитель тушения пожара (или руководитель и штаб пожаротушения) и объект управления, т. е. участники тушения пожара, а также каналы связи между ними, по которым в одну сторону поступает информация к РТП об обстановке на пожаре и распоряжения вышестоящих органов, а в другую - приказы и команды от РТП участникам тушения пожара на выполнение боевых задач.
Для того, чтобы правильно поставить подразделениям те или иные задачи, РТП должен вначале выработать объективное решение. Выработка решения в процессе руководства тушением пожара осуществляется в два этапа: - изучение, прогнозирование и оценка обстановки, складывающейся на пожаре; - разработка тактического плана тушения пожара, т. е. принятие окончательного решения на постановку задач участникам тушения. После принятия решения РТП должен обеспечить их реализацию, т. е. осуществить непосредственное управление подразделениями, что осуществляется также в два этапа: - постановка задач перед подразделениями; - организация взаимодействия между подразделениями и обеспечение выполнения поставленных перед ними задач.
Структурная схема модели деятельности руководителя тушения пожара представлена в работе [70]. Выработка решения начинается с изучения прогнозирования и оценки обстановки. Она требует сбора, обработки, оценки информации и проблемы в целом. Неопытный руководитель порой довольствуется первой и незначительной информацией, полученной в самом начале разведки на пожаре, и принимает поспешное и малообоснованное решение. Опытные руководители быстро оценивают, достаточно ли информации для принятия решения, и если нет - активно пополняют и перепроверяют ее. Успех в принятии решения зависит в целом от качества информации, которая должна быть своевременной, достаточной, непротиворечивой, достоверной.
На основе изучения, прогнозирования и оценки обстановки принимается решение. Практика показывает, что в качестве решения нередко принимается первый выработанный руководителем вариант, представляющий собой, как правило, не лучшее из возможных решений, а удовлетворительное. Однако, для успешного решения задачи необходимо выбрать оптимальный вариант из нескольких альтернативных.
При сравнении вариантов решений учитываются их соответствие складывающейся обстановке на пожаре, имеющимся силам и средствам, а также экономичность и степень риска. Если 2-3 варианта являются одинаковыми, выбираются более строгие критерии, в случае, когда все варианты оказываются плохими, поиск продолжается. При выборе вариантов, по возможности, производится опрос мнений и проводятся консультации.
Перед принятием окончательного решения в сознании руководителя должна сложиться модель (тактический план) боевых действий подразделений, отчетливая мысленная картина, образ предстоящих действий. Если тушение пожара не представляет особой сложности и мало отличается от аналогичных случаев, модель анализируется в общем виде. Если какая-то часть модели стандартна (например, какие средства и кто использует), то ее анализу не уделяется внимание. Однако во всех случаях, так или иначе, такая модель должна сложиться при принятии решения.
Анализ методов получения качественных экспертных оценок
В настоящее время наиболее распространенными методами «качественной» экспертной оценки являются: метод парных сравнений, ранжирование альтернативных вариантов, метод векторов предпочтений, экспертная классификация (основные методы «качественной» экспертной оценки представлены в работах [3,13, 52, 56, 57, 67, 73, 82, 87]).
Метод парных сравнений является одним из наиболее распространенных методов оценки сравнительной предпочтительности альтернативных вариантов. Суть метода, согласно [3], заключается в следующем.
Эксперту последовательно предлагаются пары альтернативных вариантов, для которых он должен указать более предпочтительный. Если эксперт относительно какой-либо пары затрудняется это сделать, он вправе посчитать сравниваемые альтернативные варианты равноценными либо несравнимыми.
После последовательного предъявления эксперту всех пар альтернативных вариантов определяется их сравнительная предпочтительность по оценкам данного эксперта. В результате парных сравнений, если эксперт оказался последовательным в своих предпочтениях, все оцениваемые альтернативные варианты могут оказаться проранжированными по тому или иному критерию, показателю, свойству. Если эксперт признал некоторые альтернативные варианты несопоставимыми, то в результате будет получено лишь их частичное упорядочение.
В практике использования метода парных сравнений нередко приходится сталкиваться с непоследовательностью и даже противоречивостью оценок эксперта. В этих случаях необходимо проведение специального анализа результатов экспертизы.
Отметим также, что при достаточно большом числе оцениваемых альтернативных вариантов, процедура парного сравнения всех возможных пар становится трудоемкой для эксперта. В этом случае целесообразно применение соответствующих модификаций метода парных сравнений. Например, если предположить непротиворечивость оценок эксперта, то практически достаточно однократного предъявления каждого альтернативного варианта в паре с каким-либо другим.
Таким образом, можно сделать вывод о том, что с помощью данного метода можно провести ранжирование всех вариантов, предъявленных эксперту, определить их важность относительно друг друга, однако нельзя произвести разбиение параметров объекта экспертизы на группы. Следовательно, в нашем случае, т. е. для формализации факторов (параметров), влияющих на установление ранга пожара, применение этого метода не представляется возможным. Рассмотрим следующий метод получения качественных оценок - ранжирование альтернативных вариантов [87].
Основной процедурой данного метода является непосредственное ранжирование экспертом оцениваемых альтернативных вариантов по предпочтительности. В этом методе эксперту предъявляются отобранные для сравнительной оценки альтернативные варианты, но желательно не более 20-30 для их упорядочения по предпочтительности, так как практика использования данного метода показывает, что большее число вариантов вызывает затруднения у экспертов при проведении их сравнительной характеристики. Если альтернативных вариантов больше, то целесообразно использование соответствующих модификаций метода ранжирования. Например, ранжированию альтернативных вариантов может предшествовать их разбиение на упорядоченные по предпочтению классы с помощью метода экспертной классификации.
Ранжирование сравниваемых объектов эксперт может осуществлять различными способами. Приведем два из них. В соответствии с первым эксперту предъявляется весь набор альтернативных вариантов, и он указывает среди них наиболее предпочтительный. Затем эксперт указывает наиболее предпочтительный альтернативный вариант среди оставшихся и т.д., пока все оцениваемые альтернативные варианты не будут им проранжированы.
При втором способе эксперту первоначально предъявляются два или больше альтернативных вариантов, которые ему предлагается упорядочить по предпочтениям. Если эксперту первоначально предлагаются несколько альтернативных вариантов для упорядочения по предпочтениям, то он на этом этапе может воспользоваться первым способом ранжирования. После проведения первоначального ранжирования эксперту последовательно предлагаются новые еще неоцененные им альтернативные варианты. Эксперт должен определить место вновь предъявленного альтернативного варианта среди проранжированных ранее. Процедура завершается после предъявления и оценки последнего альтернативного варианта.
Из вышесказанного следует вывод, что с помощью данного метода нам не удастся полностью решить задачу по определению ранга пожара, так как суть решения нашей задачи заключается в отнесении экспертом различных значений векторов состоянии к определенным группам (в нашем случае -рангам пожара). Однако, на некоторых этапах решения данной задачи этот метод нами будет применяться (в частности, как будет показано в следующем разделе, для упорядочения значения векторов состояния рангов пожара внутри группы).
Следующий метод, который следует рассмотреть - метод векторов предпочтений. Этот метод чаще используется при необходимости получения коллективного экспертного ранжирования [3]. Эксперту предъявляется весь набор оцениваемых альтернативных вариантов и предлагается для каждого альтернативного варианта указать сколько, по его мнению, других альтернативных вариантов превосходят данный. Эта информация представляется в виде вектора, первая компонента которого - число альтернативных вариантов, которые превосходят первый, вторая компонента - число альтернативных вариантов, которые превосходят второй альтернативный вариант и т.д. Если оценивается 10 альтернативных вариантов, то вектор предпочтений может выглядеть, например следующим образом: (3. 7. 0. 4. 8. 6,1, 9, 5,2).
Если в векторе предпочтений каждое число встречается ровно один раз, то экспертом указано строгое ранжирование альтернативных вариантов по предпочтениям. В противном случае полученный результат не является строгим ранжированием и отражает либо затруднения эксперта при оценке сравнительной предпочтительности отдельных альтернативных вариантов, либо наличие среди них равноценных.
Метод векторов предпочтений отличается сравнительно небольшой трудоемкостью. Метод может быть использован и в тех случаях, когда у эксперта имеются затруднения при использовании других методов оценки сравнительной предпочтительности альтернативных вариантов.
Как отмечено в работе [3], при коллективной экспертизе, проводимой с использованием метода векторов предпочтений, целесообразно рассчитать результирующее коллективное ранжирование. Отсюда можно сделать вывод о том, что с помощью данного метода мы можем провести ранжирование всех вариантов, предъявленных экспертом, но для решения задачи определения ранга пожара данный метод не подходит, так как в задаче будет использовано большое количество параметров, которое будет приводить к непоследовательности оценок эксперта. Отметим также и такой фактор, заключающийся в необходимости отнесения данных значений по предпочтительности к различным группам, а с помощью данного метода возможно провести ранжирование только внутри одной группы.
И в заключении нашего анализа рассмотрим метод экспертной классификации. Этот метод целесообразно использовать при необходимости определения принадлежности оцениваемых альтернативных вариантов к установленным и принятым к использованию классам, категориям, уровням, сортам (далее классам) [52, 56, 73, 87]. Он может быть использован также и тогда, когда конкретные классы, к которым должны быть отнесены оцениваемые объекты, заранее не определены. Может быть заранее неопределенным и число классов, на которое производится разбиение оцениваемых объектов. Оно может быть установлено лишь после завершения процедуры классификации.
Определение ранга пожара на основе метода экспертной классификации
Рассмотрим математическую модель решения задачи определения ранга пожара с применением нечетких множеств. Отметим, что данная модель, также как и модель, предложенная нами в предыдущей главе, может применяться для определения сил и средств и в других службах экстренного реагирования, силовых и специальных структурах. Основные идеи предлагаемого подхода изложены в работе [42].
Классифицируемый объект может иметь бесконечное, либо конечное множество свойств (рангов пожара Pi), характеризуемых конечной совокупностью параметров Qm, т = 1, М. Задача заключается в оценивании объекта значениями некоторой лингвистической переменой, или иными словами, выбора одного из её значений для фиксированного состояния объекта. При установлении оценки необходимо учитывать расплывчатость границ между соседними классами состояний, обусловленную ненулевой степенью принадлежности объекта двум соседним классам.
В работе [42] нами предлагается следующий алгоритм построения экспертной модели классификации объекта на основе математического аппарата теории нечетких множеств. Последовательность на первоначальном этапе построения рассматриваемой экспертной модели аналогична действиям, выполняемым при построении модели экспертной классификации, предложенной во второй главе. Построение модели начинается с определения экспертами совокупности параметров Q = {Q\, ..., Qт, ..., Ом }, влияющих на установление ранга пожара Pi.
Далее, для учета важности параметров Qm,m = \,M при оценивании объекта, каждому из них сопоставляется весовой коэффициент ат, пропорциональный вкладу параметра О т в оценку состояния объекта, т. е. определяются степени влияния рассматриваемых параметров Qm, т — \М на ранг пожара Р/. Если в задаче определения ранга пожара содержится небольшое число параметров Qm,m = \,Mi то весовые коэффициенты ат можно распределить непосредственно на основе оценки, данной экспертами, но если же число параметров велико и распределение весовых коэффициентов ат между параметрамиQm,m = \,M неочевидно, воспользуемся методом парных сравнений, изложенным во второй главе.
Затем, после расчета весовых коэффициентов ат, для каждого параметра Qm определяется совокупность значений лингвистической переменной - ран 91 га пожараР = {Р\, ...,Pi, ..., Pz,}, применяемой для оценки объекта.
Как было отмечено в предыдущем разделе, наиболее удобной формой функции принадлежности, отражающей размытость границ оценки и позволяющей выявить всю полноту свойств объекта классификации, является трапеция. Горизонтальная часть (верхнее основание) трапеции характеризует стопроцентную принадлежность объекта /-ой оценки по m-му параметру, а наклонные части (ребра) трапеции характеризуют степень принадлежности объекта классификации к двум смежным оценкам (рангам пожара) с различной возможностью.
Далее, задаётся решающее правило классификации, позволяющее установить меру принадлежности объекта 1-му классу.
В качестве решающего правила нами в работе [42] предложено использовать алгебраическую сумму функций принадлежности ju„,i по всем параметрам. Для учета вклада т-го параметра, т = 1, М , в оценку объекта функция //„,/ умножается на вес ат.
На заключительном этапе вычисляются суммарные значения оценок па раметров Qm,m = \,M для каждого ранга Pi согласно (3.16). После сравнения полученных значений arg (Pi) находится максимум (arg (Pi) — max), на основание чего делается вывод о принадлежности совокупности признаков к определенному рангу Pi.
На основе полученных результатов, при необходимости производится соответствующая корректировка весовых коэффициентов ат и шкалы функций принадлежности, с целью того, чтобы добиться наибольшего совпадения расчетных значений ранга пожара с реальными.
В качестве иллюстрации приведем конкретные функции принадлежности параметров, характеризующих ранг пожара на одном из объектов, которые построены на основе информации, полученной в ходе экспертного опроса руководителей тушения пожара. Аналогичные функции принадлежности будут использованы в дальнейшем в работе при построении системы поддержки принятия решений по определению ранга пожара. На рис. 3.3. представлены данные примеры.
Последовательность действий при решении задачи определения ранга пожара можно представить в виде следующей блок-схемы (рис. 3.4). Используя предложенный алгоритм, можно решать задачу определения ранга пожара для любых объектов.
Изменяться в данном алгоритме будет только количественный и качественный состав параметров, влияющих на установление ранга пожара, для какой-либо конкретной группы объектов. Все эти изменения учитываются в процессе формализации параметров на этапе разработки системы поддержки принятия решений по определению ранга пожара, с учетом рекомендаций, полученных от экспертов.
Разработка метода оценки компетентности экспертов
Одним из главных требований получения качественной экспертной ин формации является наличие специалистов (РТП), знакомых с объектом экспертизы. В связи с этим возникает необходимость отбора из большого числа потенциальных экспертов тех, которые имеют достаточные знания и опыт работы при тушении пожаров. Поэтому на первоначальном этапе экспертизы (получения информации от экспертов) необходимо, прежде всего, определить уровень компетентности экспертов.
В настоящее время не существует единого общепризнанного метода оценки компетентности эксперта, поэтому мнение о профессиональном уровне специалиста одних аналитиков нередко существенно отличается от мнения других. Для оценки квалификации эксперта на практике применяется множество методов, которые в свою очередь можно свести к трем основным группам: априорным, апостериорным и тестовым методам [13, 55, 67, 87].
К априорным методам оценки качества эксперта, согласно [55], относятся методы, в которых не используется непосредственно информация о результатах его участия в предшествовавших экспертизах.
Из априорных методов оценки качества эксперта, применяемых на практике, достаточно широко распространены методы самооценивания. К их числу относятся методы самооценки, основанные на использовании балльных, вербально-числовых и вербальных шкал, а также дифференциальный метод.
В методе самооценки, основанном на использовании балльных шкал, эксперт производит самооценку, т. е. определяет точность своих оценок (соответствие их реальной характеристике объекта) в одной из балльных шкал (3-балльной, 5-балльной и т.д.). Одной из основных проблем, возникающей при использовании данного метода, является достижение одинакового понимания экспертами градаций шкал.
При использовании метода самооценки, основанного на использовании вербально-числовых шкал, содержащих наряду с численными значениями градаций их содержательное описание проблема одинакового понимания экспертами градаций шкалы стоит менее остро.
В методе самооценки, основанном на использовании вербальных шкал, эксперт производит качественную оценку своих знаний и опыта. Как и в предыдущем методе, шкала самооценки имеет содержательное описание градаций шкалы.
В дифференциальном методе самооценки используется, как правило, оценка по двум группам частных критериев. Первая группа критериев характеризует знакомство эксперта с основными источниками информации в данной области. Вторая группа критериев, характеризует знакомство эксперта с объектами экспертизы.
К группе априорных методов оценки качества эксперта относятся также и методы взаимооценки экспертов. В наиболее известных из них применяются способы взаимооценки методом подпроблем, который основан на предположении о том, что проблема, являющаяся объектом оценки, может быть представлена в виде нескольких подпроблем. При проведении процедуры взаимооценки оценивается степень знакомства эксперта с каждой из подпроблем.
Отметим, что рассмотренные выше априорные методы могут применяться и для оценки уровня квалификации руководителей тушения пожара, привлеченных к участию в разработке системы поддержки принятия решений по определению ранга пожара.
Рассмотрим следующую группу методов оценки качества эксперта, основанных на использовании информации о результатах его участия в предшествовавших экспертизах. Такие методы относятся к группе апостериорных методов. С помощью апостериорных методов можно получить оценку таких факторов, как степень конъюнктурное эксперта, степень его конформизма. К группе данных методов, прежде всего, относится метод парных сравнений и метод достоверности суждений эксперта [87].
В основе оценки компетентности эксперта методом парных сравнений лежит использование избыточности получаемой от экспертов информации, путем построения цепочек сравнений, которые могут выявить противоречивость суждений. Эксперту последовательно предъявляются пары сравниваемых объектов. Он указывает, какой из предъявленной пары объектов является с его точки зрения более предпочтительным. После предъявления всех пар объектов у аналитиков оказывается, как правило, дублированная информация о предпочтениях эксперта. Уровень компетентности эксперта зависит от вероятности противоречий в совокупности оценок, полученных от него, т. е. чем меньше противоречий в оценках, данных экспертом, тем более компетентным он считается.
Метод достоверности суждений эксперта основан на определении степени достоверности суждений эксперта по результатам его участия в предшествовавших экспертизах. В качестве критерия оценки степени достоверности суждений эксперта, используется коэффициент достоверности, определяемый относительной частотой случаев, в которых он приписывал наибольшую вероятность впоследствии подтвердившимся событиям. При использовании этого метода принято рассчитывать также среднее значение коэффициента достоверности для экспертной комиссии и сопоставлять с ним индивидуальные коэффициенты достоверности экспертов.
Отметим, что применение метода достоверности суждений в нашем случае возможно лишь при неоднократном участии эксперта (РТП) в работе экспертных комиссий, а также при наличии актуализируемого банка экспертов, который в настоящее время в подразделениях ГПС отсутствует. В нашем случае для оценки уровня квалификации РТП можно применить метод парных сравнений и его модификации.
Рассмотрим группу тестовых методов оценки качества эксперта, которые предполагают проведение специального тестового эксперимента [13, 87]. Проведение соответствующих тестовых процедур обусловлено в первую очередь необходимостью оценки подготовленности эксперта к участию в работе экспертной комиссии, кроме того, они способствуют лучшему понима нию экспертами содержательного смысла экспертных процедур, в которых им предстоит принять непосредственное участие. Общая технология проведения тестовых процедур изложена в работах Сидельникова Ю.В. [87], Пайковой Л.А.[67], Вартазарова И.С. [13]. Тестовые методы широко используются при определении профессиональной пригодности специалистов в различных областях деятельности [13, 67, 87]. Отметим, что тестовые методы оценки эксперта должны быть ориентированы на установление профессионального уровня эксперта и на определение достаточных навыков и опыта, которые требуются для его эффективного участия в работе экспертных комиссий.
Укажем некоторые общие моменты, играющие важную роль при проведении тестовых экспериментов [13, 67, 87]:
1. Тест должен быть разработан под конкретный объект экспертизы, так как тест является необходимым инструментом при оценке профессиональной пригодности эксперта для участия в работе экспертных комиссий.
2. Результаты тестовых оценок эксперта должны соответствовать истинным их значениям, известным только аналитической группе, проводящей тестовый эксперимент, но не самому эксперту.
3. Должна быть разработана шкала, позволяющая определять степень точности оценок, в которой могут устанавливаться допустимые пределы отклонения оценок, даваемых экспертом, от их истинных значений.
На основе проведенного выше анализа можно сделать вывод о том, что наиболее предпочтительными методами определения компетентности эксперта в нашем случае являются методы из априорной и тестовой групп, так как для их реализации не требуется наличие баз данных, содержащих информацию об участии экспертов в предыдущих экспертизах.
