Управление перераспределением ресурсов подразделений органов власти субъектов РФ при формировании описаний чрезвычайных ситуаций в информационно-аналитических системах

Инновации в информационно-аналитических системах: сб. научн. трудов. Вып. 2 - Курск:

Науком, 2011. - 93 с., ил. ISBN 978-5-4297-0003-8

УДК 004.8

Работа выполнена в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы», государственный контракт № 07.514.11.4115.

Миргалеев А. Т., Никутина Н.А., Теплова В.В.

УПРАВЛЕНИЕ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ РЕСУРСОВ ПОДРАЗДЕЛЕНИЙ ОРГАНОВ ВЛАСТИ СУБЪЕКТОВ РФ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ОПИСАНИЙ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ В ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

Предложен метод перераспределения ресурсов подразделений органов власти субъектов РФ при формировании описаний чрезвычайных ситуаций в информационноаналитических системах. Метод основан на поиске вариантов распределения задач подразделений между ресурсами и исполнителями подразделений органов власти, учитывает важность задач, которые выполняются или являются новыми для подразделений, а также возможность изменения во времени приоритетов задач.

В настоящее время деятельность органов власти (ОВ) субъектов РФ направлена на решение задач по своему предназначению. Однако в условиях возрастания рисков наступления чрезвычайных ситуаций (ЧС) природного и техногенного характера каждое подразделение ОВ должно обеспечивать оперативное формирование описаний складывающейся обстановки на территории субъекта РФ в соответствии с решаемыми им задачами. Такую деятельность подразделений ОВ в рамках данной работы будем называть прогнозной.

В работе представлен метод перераспределения ресурсов подразделений ОВ с использованием информационно-аналитических систем (ИАС) при наступлении (возможности наступления) ЧС природного и техногенного характера на территориях субъектов РФ.

Показано, что задачи, решаемые i-м подразделением ОВ в ходе прогнозной деятельности, связаны с оценкой возможного влияния ЧС или их послед-

33

Инновации в информационно-аналитических системах: сб. научн. трудов. Вып. 2 - Курск:

Науком, 2011. - 93 с., ил. ISBN 978-5-4297-0003-8

ствий на сферу хозяйства субъекта РФ, в которой функционирует указанное подразделение.

Например, для такого подразделения как комитет финансов субъекта РФ, задачами, решаемыми в ходе прогнозной деятельности, могут быть:

- определение размера компенсаций населению, выплачиваемых в ходе ликвидации последствий ЧС;

- определение суммы, выделяемой из бюджета субъекта РФ, на приобретение оборудования и материалов, утраченных в ходе ЧС;

- формирование предложений по бюджету субъекта РФ на следующий год с учетом затрат на ликвидацию ЧС и т.д.

В ходе анализа типовых задач подразделений ОВ субъектов РФ, а также особенностей взаимодействия ОВ и подразделений МЧС, определенных нормативными документами Российской системы предупреждения чрезвычайных ситуаций, предложен обобщенный алгоритм деятельности подразделений ОВ субъектов РФ, учитывающий деятельность по обработке данных в интересах прогнозирования ЧС. Алгоритм схематично представлен на рисунке 1.

34

Инновации в информационно-аналитических системах: сб. научн. трудов. Вып. 2 - Курск:

Науком, 2011. - 93 с., ил. ISBN 978-5-4297-0003-8

Рис. 1 - Схема обобщенного алгоритма деятельности подразделений органов власти субъектов РФ при обработке данных о ЧС

Согласно представленному алгоритму предполагается, что подразделениями ОВ прогнозная деятельность должна будет вестись параллельно с основной деятельностью. При этом ИАС обеспечивает для подразделений ОВ возможность доступа к данным МЧС о возможных ЧС и их характеристиках (описанию ЧС). С учетом этих данных в автоматизированном режиме могут быть определены и переопределены приоритеты задач, решаемых по предназначению, и задач, связанных с прогнозной деятельностью. При этом наивысший приоритет должны иметь задачи, которые при наступлении ЧС необходимо выполнять в первую очередь. Более низкий приоритет будет присвоен тем задачам, которые могут быть приостановлены и выполнены позже.

При наступлении ЧС с учётом последствий, описываемых мониторинговыми данными (к - количество элементов в наборе данных L), деятельность

подразделений ОВ осуществляется в соответствии с присвоенными заранее приоритетами. Поэтому вначале выполняются задачи с наиболее высоким уровнем важности, затем - последующие задачи.

Это требует реализации в ИАС автоматизированного управления распределением задач подразделений ОВ.

В этой связи разработан метод автоматизированного управления подразделениями ОВ, позволяющий осуществлять с использованием ИАС определение и переопределение приоритетов задач подразделений ОВ, а также определение ресурсов (исполнителей задач), необходимых для выполнения задач, связанных с возникновением ЧС.

Под ресурсами понимаются сотрудники, оборудование и информационные технологии, имеющиеся в подразделениях ОВ и обеспечивающие выполнение их задач.

С учетом результатов, сформулированных в работе [2], а также при формализации процессов определения и переопределения приоритетов задач подразделений ОВ, определении ресурсов (исполнителей задач), в разработанном методе предполагается, что для своего выполнения новые задачи требуют части тех ресурсов, которые уже используются для выполнения других задач ОВ. При этом учитывается важность задач и процессов, как тех, которые выполняются, так и новых, а также возможность изменения во времени приоритетов задач ОВ. В соответствии с разработанным методом задаются следующие множества:

_ Н = {Z, R} _ множество, описывающее задачи Z и ресурсы ^ подразделения ОВ. Такое объединение задач и ресурсов вызвано тем, что задачи могут требовать ресурса, выделение которого порождает новые задачи. H включает в себя все имеющиеся ресурсы ОВ и все возможные задачи, которые могут выполняться i-м подразделением ОВ. При добавлении ресурсов вследствие расширения и модификации подразделения ОВ, мощность множества H соответственно увеличивается или уменьшается;

35

Инновации в информационно-аналитических системах: сб. научн. трудов. Вып. 2 - Курск:

Науком, 2011. - 93 с., ил. ISBN 978-5-4297-0003-8

- % — — l-?l - подмножество ^, элементами которого являются за-

дачи, выполняемые в ходе деятельности подразделения ОВ, % с Я;

Н

- R = {т~}, i = 1,?г _ подмножество “, элементами которого являются ресурсы, используемые для выполнения задач подразделения ОВ, р с ^

Для выбора ресурсов или задач из пространства ^ введем «-мерные вектора К и Цг, первый из которых определяет элементы подразделения ОВ, являющиеся ресурсами, а второй - элементы, являющиеся задачами. Элементы векторов принимают значения 0 или 1, причем 1 устанавливается на тех позициях,

например, вектора К, которые соответствуют ресурсам, а 0 - задачам;

- wi> — ' wn - коэффициенты важности ресурсов и задач (приоритеты). Эти

коэффициенты определяются сотрудниками ОВ и вносятся в ИАС ОВ с учетом перечня задач подразделения ОВ, а при возникновении ЧС природного или техногенного характера изменяются;

Vi

матрица использования ресурсов, элемент ^ч

р = ЬоИ w = 1>п

определяет нормированный коэффициент использования элементом элемента

щ = {'

hj-

- ZVn) _ векх0р5 определяющий задачи из подпространства

Z, выполняемые в данный момент, т.е.:

1,если задача Zj находится в стадии исполнения

0, в противном случае

- = (ZNlJ...JZN1l) _ вектор, определяющий те задачи, выполнение которых может быть отменено для высвобождения ресурсов, или использование ими ресурсов может быть уменьшено для обеспечения решения новых задач, т.е.:

(1, если выполнение задачи Zj можно отменить J I 0, в противном случае

При этом максимальная эффективность деятельности подразделения ОВ будет обеспечена тогда, когда будут выполняться наиболее важные задачи, т.е. при достижении

max £7=1 WiZVim

ZM

Это подразумевает достижение максимума суммарной важности задач, которые выполняются и планируются к выполнению с учетом новых значений коэффициентов важности, корректируемых при изменении обстановки (появлении угрозы возникновения ЧС).

Поскольку элемент Рч в матрице Р является нормированным коэффициентом использования задачей zj ресурса rJ, то общий объем использования лю-

36

Инновации в информационно-аналитических системах: сб. научн. трудов. Вып. 2 - Курск:

Науком, 2011. - 93 с., ил. ISBN 978-5-4297-0003-8

бого ресурса не может превышать единицу, т.е. всегда будет выполняться условие:

2r=1Pi/*zv'i i

, для всех

/ = 1,п

Как правило, в связи с возникновением угрозы ЧС появляется набор но-

г Lk

вых задач , определённый в момент времени /. Если для его выполнения недостаточно ресурсов, то необходимо или высвободить ресурсы для выполне-

jyLjf yLfc

ния , или принять решение о том, что задачи не могут быть выполнены, поскольку в подразделении ОВ количество ресурсов ограничено.

В этой связи количество rJ свободных ресурсов в ОВ будет определяться следующим образом:

Г' = 1-1иРц*Щ

для всех/ I'71.

т 7Lk

Для каждого ресурса 7, необходимого для набора новых задач , необходима проверка выполнения условия:

для всех/ 1,71'

Если условие (3) выполняется, то это говорит о том, что в подразделении

V

ОВ имеется достаточное количество ресурсов 7, необходимых для решения

'Lk

набора новых задач и дополнительное управление по перераспределению ресурсов не требуется.

Если в подразделении ОВ не имеется достаточного количества Т1 неза-

у^к

действованных ресурсов, необходимых для решения набора новых задач ,

то осуществляется освобождение части ресурсов, занятых менее важными задачами.

С целью определения потребности в ресурсах для решения задач подраз-

г,

Д I -- 1 yj

делением ОВ определим ' - количество ресурса 7, недостающего для

rLk

решения набора новых задач :

37

Инновации в информационно-аналитических системах: сб. научн. трудов. Вып. 2 - Курск:

Науком, 2011. - 93 с., ил. ISBN 978-5-4297-0003-8

для всех/ 1,п

Тогда для управления перераспределением ресурсов при решении задач

yLk у rz 7

, связанных с возникновением ЧС, необходимо найти все такие задачи j

, отмена которых освободит ресурсы, необходимые для выполнения набора но-

у^к

вых задач .

Определим основные пути управления перераспределением ресурсов.

1. Изымать ресурсы у тех задач, суммарная важность которых минимальна, то есть при minIjf=i wtZVt

2. Прекращать выполнение наименьшего количества задач, которые находятся в стадии исполнения при min 2^=1 ZN^ZV^.

3. При освобождении ресурса rJ может потребоваться прекращение вы-

полнения некоторого количества задач с низким приоритетом, что, учитывая взаимозависимость ресурсов и задач, может привести к высвобождению некоторого ресурса J* больше, чем это необходимо, что, в конечном итоге, приведет к

снижению эффективность работы подразделения ОВ. Для предотвращения чрезмерного высвобождения ресурсов должно учитываться следующее:

bj =2” iPljZNt

Д/ ( bj -> min, h > 0 ,

для всех

j = 1 ,п

где — объем ресурса, который высвобождается (всегда будет положительным, поскольку требуется освободить ресурс не менее требуемого объема).

Для решения задач управления с учетом путей 1-3, являющихся задачами комбинаторики — поиска некоторого набора элементов, удовлетворяющих заданным критериям, могут использоваться, например, генетические алгоритмы.

Следует отметить, что поиск множества задач, согласно предложенным путям, заключается в переборе большого количества комбинаций для каждого из ресурсов подразделения ОВ. Для упрощения поиска и его алгоритмизации в

ПАС введен параметр Vi, характеризующий значение усредненного использования ресурсов подразделения ОВ i-й задачей

Vi =

£j=iPip

для

j = 1,71

где

количество ненулевых составляющих

38

Инновации в информационно-аналитических системах: сб. научн. трудов. Вып. 2 - Курск:

Науком, 2011. - 93 с., ил. ISBN 978-5-4297-0003-8

и,

определяет использование ресурса задачей J, причем

(1, если задача ^использует ресурс ту, Uj ( 0,в противоположном случае.

При управлении подразделением ОВ для разрешения конфликта между

у^к

набором новых задач и задачами, уже использующими эти же ресурсы, в зависимости от значения Vi, возможны три варианта:

1. При Vi = 0 задача zi использует ресурсы, на которые не претендует на-

у^к

бор новых задач .

2. Если Vi « Vk, то задача zi использует столь незначительные объемы

ресурсов, на которые претендует набор новых задач , что удаление zi не повлияет на решение задач.

3. В остальных случаях задача zi использует значительные объемы тех же

7

ресурсов, на которые претендует набор новых задач

Таким образом, метод управления подразделением ОВ, осуществляя вы-

1т 7^

, А А J для набора новых задач и перераспределение ресурсов

rj между существующими задачами zi при возникновении угрозы ЧС природного и техногенного характера на территориях субъектов РФ, описывает поиск задач, подлежащих удалению, среди тех задач, для решения которых может

быть высвобожден достаточный объем J ресурсов.

С учетом того, что реализация перераспределения ресурсов и задач в ИАС ОВ требует больших вычислительных затрат, предложен метод, позволяющий уменьшить перебор вариантов. На рисунке 2 приведена схема разработанного метода.

39

Инновации в информационно-аналитических системах: сб. научн. трудов. Вып. 2 - Курск:

Науком, 2011. - 93 с., ил. ISBN 978-5-4297-0003-8

Рис. 2 - Метод перераспределения ресурсов подразделений органов власти по обработке данных в интересах формирования описаний ЧС

Рассмотрим существо разработанного метода поэтапно.

Этап 1. Определяются важности (приоритеты) задач, обеспечивающих деятельность ОВ.

Этап 2. Определяются ресурсы г*, задействованные выполняемыми задачами.

Этап 3. Все элементы сортируются по важности: wi+i '

Этап 4. Среди элементов пространства ^ выделяются задачи: % = И? ^ Н.

40

Инновации в информационно-аналитических системах: сб. научн. трудов. Вып. 2 - Курск:

Науком, 2011. - 93 с., ил. ISBN 978-5-4297-0003-8

Этап 5. Исключаются из рассмотрения те задачи, важность wi которых

yLk

больше важности wk набора новых задач .

Этап 6. Определяется wmax _ верХняя граница важности для рассмотренных задач.

Этап 7. Для каждой задачи рассчитывается среднее использование ресурсов ^ = 1,2,..., iv—.

Т;

Этап 8. Для высвобождения 1 ресурсов удаляются задачи, удовлетворяющие одному из критериев:

1. Должны удаляться наименее важные задачи:

2. Должно быть удалено наименьшее количество задач:

3. Должны удаляться наиболее ресурсоемкие задачи с минимальной важностью. Для этого задачи сортируются по значению Qi =Vi/wt, так, чтобы

Qi+1 < Qi, а потом делается выбор задач по второму критерию.

Этап 9. После определения задач, которые могут быть удалены, сравниваются объемы высвобождаемых ресурсов для каждого из ресурсов, и определяется ресурс г] с максимальным дефицитом тах ^/- Определяется набор задач, которые блокируются для освобождения ресурсов по одному из приведенных выше критериев и заменяется значением /-го ресурса. Осуществляется выде-

' Lk

ление ресурсов для набора новых задач .

у^к

Этап 10. В ходе данного этапа осуществляется решение новых задач с использованием ресурсов rJ. Как правило, решение указанных задач сводится к

формированию описаний ЧС в сфере деятельности конкретного подразделения ОВ.

Разработанный метод дает возможность в ИАС реализовать интеллектуальный анализ данных при формировании описаний ЧС, то есть при решении

yLk

новых задач подразделениями ОВ в ходе прогнозной деятельности. В ИАС

41

Инновации в информационно-аналитических системах: сб. научн. трудов. Вып. 2 - Курск:

Науком, 2011. - 93 с., ил. ISBN 978-5-4297-0003-8

указанный метод может быть реализован в виде диспетчерской подсистемы, функционирующей одновременно в составе ИАС и в рамках существующих или перспективных систем электронного документооборота подразделений ОВ субъектов РФ.

Таким образом, предложенный метод перераспределения ресурсов подразделений ОВ с использованием ИАС позволит осуществлять оперативное управление деятельностью подразделений ОВ при возникновении новых задач, связанных с ЧС. Предлагаемый метод учитывает важности задач и процессов, которые уже выполняются в подразделениях ОВ или являются новыми, а также возможность изменения во времени приоритетов задач.

Библиографический список

1. Барсегян А.А., Куприянов М.С., Степаненко В.В., Холод И.И. Технологии анализа данных: DataMining, VisualMining, TextMining, OLAP. 2-е изд. перераб и доп. - СПб.: БХВ-Петербург, 2007. - 336 с.

2. Ролик А.И. Модель управления перераспределением ресурсов информационно-телекоммуникационной системы при изменении значимости бизнеспроцессов // Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы. - ХГТУ, 2007. - № 2 (20). - С. 73 - 82.

42