Исследование и разработка нечеткой модели и комплекса программ экологической экспертизы горнодобывающего производства

• Автор: Ястребова, Наталья Николаевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Ульяновск
• Количество страниц: 178 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

1 .ОБЗОР СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ ЭКСПЕРТНЫХ СИСТЕМ АНАЛИЗА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

1.1. Экспертиза объектов. Экспертные системы

1.1.1 .Основ бс понятияII

1.1.2. Характеристики экспертных систем.

1.1.3. Неопределенность в описании объектов, характеризующих деятельность промышленного предприятия.

1.1.4. Базовые функции экспертных систем

1.1.4.1. Приобретение знаний

1.1.4.2. Представление знаний.

1.1.4.3. Управление процессом поиска решения

1.1.4.4. Разъяснение принятого решения.

1.1.5. Этапы разработки нечеткой экспертной системы экологоэкономического анализа.
1.1.5.1.Этап идентификации
1.1.5.2.Этап концептуализации.
1.1.5.3.Этап формализации.
1.1.5.4.Этап выполнения.
1.1.5.5.Этап тестирования.
1.1.5.6.Этап опытной эксплуатации.
1.1.6. Обзор программ для моделирования экспертных систем.
1.1.7. Выводы по задаче создания модели и комплекса прорамм экспертизы объектов в условиях неопределенности
1.2. Анализ экологической безопасности предприятия
1.2.1 .Основные понятия гг
1.2.1.1. Экологическая безопасность.
1.2.1.2. Экологические ущербы.
1.2.2. Система критериев оценки экологической безопасности
1.2.2.1. Комплексный показатель оценки безопасности.
1.2.2.2. Стоимостные показатели оценки экологической безопасности
1.2.2.2.1.Оценка удельных ущербов.
1.2.2.2.1.1 Экономическая оценка ущерба от загрязнения атмосферного воздуха
1.2.2.2.1.2. Экономическая оценка ущерба от загрязнения водоемов
1.2.2.2.1.3. Экономическая оценка ущерба от шума и вибрации.
1.2.2.2.1.4. Экономилсская оценка ущерба биоресурсам.
1.2.2.2.1.5. Экономическая оценка ущерба от зарязнения земель
1.2.2.2.2. Оценка экологических платежей
1.2.2.2.2.1. Плата за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников.
.2.2. Плата за сбросы загрязняющих веществ.в поверхностные и
подземные водные объекты
1.2.2.2.2.3. Плата за хранение и размещение отходов.
1.2.3. Обзор существующих программных продуктов для анализа экологической безопасности
1.2.4. Выводы по подзадаче анализа экологической безопасности промышленного предприятия.
1.3. Постановка задачи
1.4. Модель нечеткой экспертной системы.
1.4.1. Типы исходных данных.
1.4.2. Схема принятия решения на основе нечеткого логического вывода
1.4.2.1. Определение нечеткого логического вывода.
1.4.2.2. Композиционное правило нечеткого вывода Л. Заде
1.4.2.3. Нечеткий логический вывод по Мамдани.
1.4.2.4. Нечеткий логический вывод Сугено.
1.4.2.5. Синглетонная модель нечеткого логического вывода.
1.4.2.6. Выводы по схемам нечеткого логического вывода
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕГО ПРОИЗВОДСТВА НА ОСНОВЕ ИЕРАРХИЧЕСКОГО НЕЧЕТКОГО ВЫВОДА ПО СУГЕНО
2.1.Иерархические системы.
2.1.1. Системы иерархического нечеткого логического вывода
2.1.2. Математическая модель иерархического нечеткого вывода
2.1.3.Алгоритм иерархического нечеткого вывода
2.2. Структурная схема нечеткой экспертной системы анализа экологической безопасности горнопромышленного предприятия.
2.2.1. Исходные данные
2.2.2. Представление аналитических показателей в виде лингвистических переменных
2.2.2.1. Построение функций принадлежности на основе экспертных данныхбЗ
2.2.2.1.1. Типы шкал
2.2.2.1.2. Методы измерений.
2.2.2.1.3. Классификация методов посфосния функции принадлежности.
2.2.2.1.3.1. Прямые методы для одного эксперта
2.2.2.1.3.2. Косвенные методы для одного эксперта.
2.2.2.1.3.3. Групповые методы.
2.2.2.1.3.4. Выводы по методам построения функций принадлежности
2.2.2.2. Построение функций принадлежности для входных переменных нечеткой экспертной системы анализа экологической безопасности горнопромышленного предприятия
2.2.2.2.1. Подзадача оценки значимости территории.
2.2.2.2.2. Стоимостная оценка экологической безопасности
2.2.2 Переменные, характеризующие ликвидность.
2.2.2.2.4. Лингвистические переменные, определяющие степень деловой активности
2.2.2.2.5. Лингвистические переменные, характеризующие финансовую устойчивость.
2.2.2.2.6. Лингвистические переменные, описывающие рентабельность
2.2.3. Система правил нечеткого вывода.
2.2.4. Математическая модель нечеткой экспертной системы, основанная на иерархическом нечетком выводе.
3. СТРУКТУРНОФУНКЦИОНАЛЬНОЕ РЕШЕНИЕ НЕЧЕТКОЙ ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ АНАЛИЗА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ГОРНОПРОМЫШЛЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА
3.1. Требования, предъявляемые к автоматизированной системе
3.2. Обоснование выбора инструмента реализации
3.2.1. v .
3.2.2. .2.1.6.
3.2.3. i 3.2.0.
3.2.4. i.
3.3.Объектноориентированная интерпретация модели программного комплекса и объектноориентированный подход
3.4. Главный модуль программы .
3.5. Реализация графической компоненты в модуле .
3.5.1. Объекты редактирования
3.5.1.1.Основные понятия
3.5.1.2. Логика классов.
3.6. Информационное обеспечение системы
3.6.1. Формат базы данных
3.6.2. Перечень и краткое описание таблиц базы данных.
3.6.3. Определение табличных связей.
3.7. Работа с программой 1.0.
3.7.1. Общий алгоритм работы с программой 1.
3.7.2. Алгоритм работы с нечеткой экспертной системой, созданной в программном модуле 1.
4. ЭКСПЕРИМЕНТЫ, ПРОВЕДЕННЫЕ В РАЗРАБОТАННОМ КОМПЛЕКСЕ ПРОГРАММ 1.0.
4.1. Экспериметы на тестовых примерах.
4.2. Эксперименты на реальных данных. Анализ экологической безопасности ОАО Кварц.
4.2.1. Исходные данные для вычислительных экспериментов.
4.2.2. Аналитические показатели числовые значения лингвистических оценок. .
4.2.3. Результаты работы нечеткой экспертной системы анализа экологической безопасности горнопромышленного производства.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Экспертная система может полностью взять на себя функции, выполнение которых обычно требует привлечения опыта человекаспециалиста, или играть роль ассистента для человека, принимающего решение. Экспертная система отличается от других прикладных программ наличием характерных признаков. I.Моделирует не столько природу проблемной области, сколько механизм мышления человека применительно к решению задач в проблемной области. Проблемной областью нашего исследования является деятельность предприятий горнодобывающей отрасли. Экспертные системы имеют дело с предметами реального мира, операции с которыми обычно требуют наличия значительного опыта, накопленного человеком. Поэтому для создания экспертной системы экологоэкономического анализа были привлечены соответствующие специалисты в области анализа экологической безопасности осуществлялось сотрудничество с экспертом НП Горнопромышленники России Ганеевым Ф. Помимо выполнения вычислительных операций, экспертная система формирует определенные соображения и выводы, основываясь на тех знаниях, которыми она располагает. Знания представлены на некотором специальном языке и хранячея отдельно от собственно программного кода, который и формирует выводы и соображения. В нашем случае базой знаний являются условные правила, которыми эксперт определяет зависимости выходных данных от входных. Выходом в системе является степень соответствия деятельности предприятия критериям рационального природопользования. При решении задач основными являются эвристические и приближенные методы, которые, в отличие от алгоритмических, не всегда гарантируют успех. Поскольку знания у нас представлены в виде нечетких продукций, то в качестве механизма решения задачи было принято решение использовать нечеткий вывод. Важными характеристиками системы являются производительность, достоверность надежность и прозрачность. Иерархический нечеткий вывод обеспечивает прозрачность поведения системы и позволяет эксперту повлиять на ее производительность или дать совет, как можно ее повысить. Как было отмечено в параграфе 1. И описание таких сложных систем неизбежно сталкивается с проблемой неопределенности, связанной прежде всего с неполнотой информации об объекте. Различают три аспекта неполноты информации табл. Таблица 1. Д.И. Шапиро 8 выделяет несколько категорий неопределенности табл. Таблица 1. Выражение значимости территории в лингвис тических оценках высокая, средняя, низкая. Таблица 1. Метод . Нечеткие нейронные сети , 8,0 4 Автоматический. Системы иерархического нечеткого вывода V. М., Н. С. i, . X.,i, X, . У. ,,,2,4 Вручную. С помощью методов построения функций принадлежности. Несмотря на явные преимущества использования гибридных нейронных сетей табл. Например, оценить ценность территории может только эксперт, который знает, на какой именно местности находится данное предприятие. Нельзя обучить нейронную сеть оценке культурной значимости ареала или его исторической ценности. Бучанан следующим образом сформулировал функцию приобретения знаний . Передача знаний выполнялась в процессе моего длительного общения в течение всего периода исследования с экспертом в нашей предметной области, Ганеевым Ф. Г., способным достаточно четко сформулировать имеющийся у него большой опыт в решении гаких задач. Факты и принципы, лежащие в основе его знаний не могут быть четко сформулированы в терминах математической теории или детерминированной модели, свойства которой хорошо понятны. Поэтому его знания были представлены в виде системы нечетких правил, логических умозаключений, описаний лингвистических переменных исследуемой проблемной области. Представление знаний это средство отыскания методов формального описания больших массивов полезной информации с целыо их последующей обработки с помощью символических вычислений, то есть поиск методов ассоциативного хранения информации. Формальное описание означает упорядочение в рамках какоголибо языка, обладающего достаточно четко формализованным синтаксисом построения выражений и такого же уровня семантикой, увязывающей смысл выражения с его формой.