*113247*

Гриценко Ю.Б., Голубева А.А.

Томский государственный университет систем управления
и радиоэлектроники

Программное обеспечение интеллектуального анализа пространственно-временных данных объектов инженерной инфраструктуры

Мониторинг и анализ состояния объектов инженерной инфраструктуры является важным этапом жизненного цикла инженерных коммуникаций [1]. Существующие методы мониторинга и анализа базируются в основном на визуальном обследовании коммуникаций и рассчитаны на проведение больших организационных мероприятий, требуют постоянного привлечения значительных трудовых и денежных ресурсов. И в то же время они не предполагают использование компьютерных технологий. Организации, эксплуатирующие инженерные сети, часто сталкиваются с проблемой отсутствия или недостоверности данных по объектам подведомственной сети, это связано с неточностью или неполным описанием инженерных объектов. Одним из решений, предназначенным для решения вышесказанной проблемы, может являться внедрение электронного генерального плана (ЭГП) инженерной инфраструктуры предприятия [2] с элементами интеллектуального анализа пространственно-временных данных на основе нечетких множеств и нечеткой логики. Это связано с тем, что многие объекты реального мира не попадают в точно определенные критерии принадлежности. Преимущество нечетких систем заключается в их способности описать реальные объекты, процессы и явления посредством лингвистических правил.

Основной особенностью такого подхода является применение гибридных методов и алгоритмов, в основе которых лежат метаэвритстики и численные методы. Метаэвристики можно использовать в качестве первичной грубой настройки нечеткой системы, а численные методы в качестве последующей тонкой настройки.

Целью представляемой работы является разработка программного обеспечения способного производить интеллектуальных анализ пространственно-временных данных ЭГП инженерной инфраструктуры. Для достижения поставленной цели был проведен анализ существующих задач и методов их решения. В процессе мониторинга инженерной инфраструктуры можно столкнуться с необходимостью решения задач аппроксимации и классификации.

В качестве метаэвристического метода в разрабатываемом программном обеспечении для решения задач аппроксимации можно воспользоваться генетическим алгоритмом. В свою очередь для задач классификации данных можно использовать алгоритм пчелиной колонии [3].

В качестве численных методов для задач восстановления данных авторами предлагает использовать алгоритм градиентного спуска [3,4]. А для задач классификации данных модифицированный алгоритм пчелиной колонии [4].

Такой подход позволяют создать адаптивные модели высокой точности, обеспечивающие разработку достоверных прогнозов сложных инженерно-технических систем.

Для достижения поставленной цели в разрабатываемом программном обеспечении реализуются следующие функции:

- классификация объектов ЭГП инженерной инфраструктуры предприятия на основе технологии нечеткого моделирования;

- аппроксимация пространственно-временных данных, описывающих состояние элементов инженерной инфраструктуры, на основе нечеткого моделирования;

- извлечение знаний о процессах в среде инженерной инфраструктуры на основе нечеткого моделирования;

- настройка параметров нечетких моделей с помощью гибридных алгоритмов на базе метаэвристик и методов, основанных на производных;

- формирование базы нечетких правил;

- настройка параметров антецедентов и консеквентов правил;

- реализация нечеткого вывода и представление результатов вывода;

- загрузка из внешних файлов обучающей и тестовой выборки, заданных в виде таблиц наблюдений;

- создание и ведение таблиц наблюдений на основе хранилища пространственных данных;

- задание типа нечеткой модели (синглтон, Мамдани, Такаги-Сугено).

Выполнение данной работы проводилось при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации в рамках мероприятия 2.4 федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы». Проект «Разработка Web-ориентированных геоинформационных технологий формирования и мониторинга электронного генерального плана инженерной инфраструктуры», государственный контракт № 07.524.11.4013 от 03 ноября 2011 г.

Литература

1. Жуковский О.И. Типология инженерных сетей и классификация задач их эксплуатации / О.И. Жуковский, Ю.Б. Гриценко // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2011. – № 2 (24). – Ч. 2. – С.176-180

2. Гриценко Ю.Б. Геоинформационные технологии мониторинга инженерных сетей: монография / Ю.Б. Гриценко, Ю.П. Ехлаков, О.И. Жуковский. – Томск: Изд-во Томск. гос. ун-та систем управления и радиоэлектроники, 2010. – 148 с.

3. Ходашинский И.А. Основанные на производных и метаэвристические методы идентификации параметров нечетких моделей / И.А. Ходашинский, В.Ю. Гнездилова, П.А. Дудин, А.В. Лавыгина // Труды VIII международной конференции "Идентификация систем и задачи управления" SICPRO '08. М: Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН. – 2009. – С. 501–529.

4. Ходашинский И.А., Горбунов И.В., Дудин П.А. Алгоритмы муравьиной и пчелиной колонии для обучения нечетких систем // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. – 2009. – № 2 (20). – С. 157–161.