Системный анализ и информационные технологии при проектировании и строительстве территориальных комплексов водоснабжения

Мережко Александр Геннадьевич, генеральный директор.

системный анализ, информационные технологии, водоснабжения. В рамках выполне-ния Программы авторами был предложен концептуальный подход и разработаны методики использования информационных технологий для управления жизненным циклом системы водоснабжения на этапах проектирования, строительства и эксплуатации [2].

Программно-целевые методы управления водоснабжением региона. Программно-целевые методы планирования и управления – это методы, при которых цели плана увязываются с ресурсами с помощью программ. В программно-целевых методах строятся дерево целей и дерево ресурсов. В результате расчетов по ним выявляются ключевые программы, на которые нужно направлять наибольшие силы и средства. Проблемы, которые решает Программа, настолько сложны, что построение единого дерева целей и единого дерева ресурсов не представляется возможным. Декомпозиция единого дерева целей приводит к построению 3 деревьев целей:

• -    дерево технических целей, которое описывает цели модернизации и развития материально-технической базы водоснабжения, как наиболее капиталоемкой части Программы;

• -    дерево организационных целей, которое формулирует задачи государственной политики в области водоснабжения и водоотведения в Самарской области, определяет организационные структуры. Главной организационной целью является создание структуры из

управления, предприятий и финансовых институтов, которые обеспечат устойчивое развитие систем водоснабжения и водоотведения в области. Эта задача может быть решена при создании водохозяйственного кластера;

• -    дерево финансовых целей, которое определяет необходимые средства для решения технических и организационных проблем. Главной задачей дерева финансовых целей является достижение минимально необходимого объема финансовых средств, достаточных для решения общих и частных задач Программы. Для каждого дерева целей строится дерево ресурсов, описывающее доступные в Самарской области виды ресурсов, которые могут быть выделены для достижения поставленных целей.

Необходимость использования программно-целевого метода для реализации Программы обусловлена тем, что проблемы водоснабжения и водоотведения области:

• -    носят межотраслевой и межведомственный характер и не могут быть решены без участия областного центра;

• -    не могут быть решены в пределах одного финансового года и требуют значительных бюджетных расходов;

• -    затрагивают различные отрасли народного хозяйства области, ее природные ресурсы, требуют проведения единой технической политики, направленной на внедрение наиболее прогрессивных производственных и информационных технологий и оборудования.

Разработка критериев отбора объектов для Программы. Разработка мероприятий Программы и отбор объектов для создания территориального комплекса водоснабжения проводился с использованием ряда критериев:

• К 1 - наличие дефицита качественной питьевой воды, отвечающей санитарногигиеническим требованиям;

К 2 - наличие запасов качественной питьевой воды (подземные и поверхностные водозаборы) с учетом численности населения исходя из норматива 160-230 л/сутки на человека;

К 3 - оценка технического состояния существующих водозаборов и разводящих сетей на основе данных водного кадастра Главного управления жилищно-коммунального хозяйства Самарской области;

К 4 - износ систем водоснабжения, водоотведения и очистных сооружений:

К 41 - водозаборные сооружения (производительностью 50-90%);

К 42 - очистные сооружения (износ более 90%);

К 43 - водозаборные сети (эксплуатация более 25 лет или износ более 60%);

К 5 - наличие проектно-сметной документации на строительство водозаборов и разводящих сетей, имеющих положительные заключения государственной экспертиз;

К 6 - возможность привлечения внебюджетных источников финансирования.

Критерии К 1 - К 6 можно разделить на 2 группы. Первая группа - количественные критерии, которые имеют объективные численные значения. К ним относятся критерии К 3 и К 4 , значения которых могут быть получены при анализе данных о состоянии систем водоснабжения в Самарской области. Вторая группа - критерии, имеющие качественный характер. Это критерии К 1 , К 2 , К 5 и К 6 . Для их определения следует использовать методы экспертных оценок [3]. При анализе сложных систем с существенной неопределенностью информации об их состоянии используется современный математический аппарат нечеткой логики [4], он позволяет на основе принимаемых гипотез о вероятностном характере показателей получать достоверные оценки искомых критериев.

Предложенные критерии были использованы при системном анализе и классификации поверхностных и подземных источников воды районов Самарской области. Результаты классификации позволили ранжировать потенциальные объекты строительства на несколько групп и определить приоритеты бюджетного финансирования. Так, по Самарской области получено 17 кластеров, анализ которых показал, что основными параметрами, подлежащими доведению до нормативных показателей, являя-ются: бактериологическое заражение, жесткость и повышенное содержание железа.

Интеллектуальная система поддержки принятия решений по технологиям водоподготовки. На начальных стадиях проектирования задача анализа и выбора облика технического объекта из имеющихся вариантов в основном соответствует постановке задачи принятия решений. Однако традиции-онная постановка не учитывает поисковый характер проектирования, оставляя без внимания его творческие аспекты. Более адекватной модель принятия решения будет в том случае, если схему многокритериального выбора предпочтительного технического предложения дополнить средствами генерации возможных проектных решений, их предварительной фильтрации, оценки их технологического уровня. Решение этих задач, однако, связано с привлечением средств обработки знаний, логического вывода и расчетно-логических процедур. Наличие 4 перечисленных элементов (многокритериальность, знания, вывод, носитель в форме, понятной эксперту и пользователю. Подсистема вывода – программная компонента экспертных систем, реализующая процесс ее рассуждений на основе базы знаний и рабочего множества.

Рис. 1. Структура информационной системы

Главной целью создания информационного обеспечения ИСППР ТВ является разработка информационной системы, позволяющей правильно и быстро решать проектные задачи. Это может быть достигнуто своевременной выдачей источнику запроса полной и достоверной информации для выполнения определенной части проектно-конструкторского процесса. Основой интеллектуальной системы является экспертная система. Обобщенная структура экспертной системы представлена на рис. 2.

Пользователь – специалист предметной области, для которого предназначена система. Инженер по знаниям – специалист в области искусственного интеллекта, выступающий в роли промежуточного буфера между экспертом и базой знаний. Интерфейс пользователя – комплекс программ, реализующих диалог пользователя с ЭС как на стадии ввода информации, так и при получении результатов. База знаний (БЗ) – ядро ЭС, совокупность знаний предметной области, записанная на машинный

База знаний состоит из двух компонентов.

• 1.  База  фактов  для  поверхностных  и

• подземных источников.

• 2.  База  правил  для  поверхностных  и

• подземных источников.

В основу формального вывода положен классификатор, разработанный в НИИ ВОДГЕО [5]. Решениями экспертной подсистемы являются набор технологических схем и ожидаемый состав воды на выходе после использования каждой из технологических схем, как на настоящий момент времени, так и на момент времени по сроку прогноза изменения качества воды.

Выводы: разработанный подход и интеллектуальная информационная система применялись при планировании и выполнении областной целевой программы по водоснабжению. Полученные результаты могут быть использованы и в других областях народного хозяйства, например, при строительстве сетей теплоснабжения, газового хозяйства и т.п.