3. Географические информационные системы

Географическая информационная система (ГИС) это технология состоящая из комплекса программных модулей различных компонентов, размещенных в исследуемом пространстве (зоне). ГИС повышает эффективность проектирования, мониторинга, управления и эксплуатации разных компонентов зоны в отдельности и их совместное функционирование и взаимодействия с окружающей средой отдельно внутри зоны до глобальных масштабов. ГИС как база данных может стать основой электронного правительства при создании автоматизированной системы контроля и принятия решения для всех процессов, происходящих в рассматриваемом пространстве (например, географическая зона в горах). ГИС это технологическая платформа, описывающая пространственные взаимосвязи, позволяющие успешно решать административно-хозяйственное управление любыми антропогенными структурами, начиная от небольших домашних хозяйств до крупных глобальных проектов. ГИС является современной информационной технологией, основанной на базе данных, интернете, электронной почте, высокоскоростных телекоммуникациях, вычислительных машинах, программных продуктах и т.д. Она является инструментом исследования сложных систем, расположенных в некотором ограниченном пространстве, например в доме, в поселке, горной долине или на целом континенте. ГИС состоит из:

• Географических данных.

• Программного обеспечения (софт)

• Технического обеспечения (железо).

• Регламентов.

• Пользователи.

В этой связи рассмотрим, что из себя представляют эти составляющие, но для начала посмотрим, что такое система.

3.1.Системы.

При рассмотрении различных проблем часто используется системный подход и системное мышление. Это предполагает, что предлагаемые нововведения рассматриваются как элемент системы, которую необходимо рассматривать целиком без исключения отдельных ее частей. Система определяется как совокупность отдельных элементов взаимодействующих друг с другом в процессе выполнения системой ее функций. Однако любая система является подсистемой более сложной системы, поэтому бездумное использование системного подхода может привести к абсурду при движении по иерархической лестнице до системы мироздания. Здравый смысл и предыдущий опыт позволяет найти необходимый уровень системы для решения конкретной задачи.

Все системы в нашей биосфере развиваются по S-образной кривой, где за экспоненциальным ростом следует спад до состояния равновесия, обусловленного действиями обратных связей и эффектом насыщения. Большое число обратных связей и их взаимодействие создают видимые и невидимые изменения, действующие в системе. С помощью моделирования и анализа можно выявить некоторые скрытые явления и понять их суть, чтоб определить критические точки для осуществления адресной корректировки движения. Если взять, по большому счету, всю затратную экономику России, то если не удастся разработать адекватные методы воздействия в кризисных точках социально – экономической системы и обеспечить соответствующий контроль, то вяло текущий кризис нехватки энергетических ресурсов будет усугубляться и ввергнет страну в состояние полного энергетического коллапса. И это при производстве в России примерно одной восьмой части общемирового производства первичных энергоносителей.

Возрастающая сложность систем не позволяет зачастую определить какие элементы и внутренние связи являются определяющими, а какие несущественными, которые можно исключить из рассмотрения для упрощения задачи. Поведение систем определяется их характеристиками, сформулированными Р.Шеноном:

1. Изменчивость. Состояние системы, в котором она находится в настоящее время, определяется ее прошлым и является предтечей будущего. Действующая система не может находится в статическом состоянии и постоянно изменяется в соответствии со своими внутренними законами. При этом могут появляться новые элементы и связи, а старые могут отмирать или выбывать за пределы системы. Понимание законов развития системы позволяет управлять ее функционированием, корректируя и изменяя ее внутренние и внешние связи и дополняя отдельными элементами или исключая их.

2. Внешняя среда. Окружающая среда состоит из элементов не входящих в систему, которые воздействуют на ее поведение с помощью различных связей. Система к внешней среде является подсистемой. При исследовании системы необходимо пристальное изучение внешних воздействий для правильного понимания ее функционирования и разделения внешних связей на основные и незначительные.

3. Организация. Любая система состоит из подсистем, включающих в себя отдельные элементы системы, взаимодействие которых определяет ее поведение. Изучение структурной организации системы, подсистем, элементов и их связей между собой и внешней средой позволяет понять внутренние закономерности функционирования системы и обеспечить возможность вилять на ее действия.

4. Взаимозависимость. Никакие события в системе нельзя изолировать. Так как они взаимосвязаны, зависят от прошлого, определяют настоящее и будущее. Взаимосвязь и взаимозависимость составляющих системы совместно с внешней средой определяют ее работоспособность и качество выполняемых функций.

5. Противоинтуитивное поведение. Часто кажущиеся верными управляющие воздействия оказываемые на систему с целью оптимизации ее функционирования по заданным критериям ни к чему ни приводят или приводят к отрицательным результатам. Иногда воздействия проявляют себя по истечению времени, а их последствия могут быть совершенно неожиданными. Такое непонятное поведение систем происходит из-за их сложности, поверхностной - скоропалительной проработки задач, отсутствия полной информации об элементах системы и их связях, ошибках и просчетах при принятии решений по недостаточно четко и внятно сформулированным целям. В этой связи при принятии решений необходима строгая постановка и проработка задач с привлечением квалифицированных экспертов, имеющих необходимый профессиональный опыт.

6. Ухудшение свойств. Со временем свойства системы и ее способность к выполнению заданных функций ухудшаются, в ней накапливаются ошибки в связи со старением и износом. Учитывая противоинтуинтивное поведение, это может привести к снижению работоспособности, эффективности функционирования, непредсказуемым результатам и даже гибели. Поэтому нужны своевременные меры по реконструкции, модернизации и замене устаревших и исчерпавших свой ресурс элементов.

На поведение систем существенное влияние оказывает субъективизм их создателей и исследователей. Изучение одного и того же явления может привести к разным концепциям построения системы. Например, потребление энергетических ресурсов на конкретном предприятии, рассмотренное ученым, политиком, врачом, инженером, социологом может дать совершенно различные результаты. Поэтому, рассматривая систему, необходимо четко себе представлять, какие цели ставятся и какой результат ожидается получить. Для этого необходимо иметь описание ее элементов и их поведения в переходных режимах, то есть статика и динамика. Изучение и анализ элементов системы позволяет выявить главные и отсеять малозначительные. Это требует глубокого понимания и осмысления роли каждого элемента и существующих между ними связей и их изменение во времени позволяет прогнозировать поведение системы в будущем и при необходимости вносить коррективы. Однако совсем не обязательно, что предыдущий опыт, знания и пристальное исследование системы позволят понять закономерности ее поведения и получить правильный прогноз на будущее. В этой связи весьма полезным инструментом изучения системы потребления энергетических ресурсов является моделирование и исследование операций.

Системы можно классифицировать по своим основным свойствам по разному. Например Р. Шенон выделяет системы: гомеостатические, поисковые и целеустремленные.

1. Гомеостатические системы - это системы, которые поддерживают некое заданное состояние не зависимо от внешних воздействий. Например система энергоснабжения. Потребители должны получать оговоренное договорами количество энергии заданного качества. При появлении внутренних и внешних возмущающих воздействий управление системой переходит из режима мониторинга в режим коррекции, с помощью которого заданные параметры не должны изменится.

2. Поисковые системы - это системы, которые ведут поиск заданного состояния не существующего в настоящее время. Например система обеспечения стопроцентной оплаты за потребленные энергоресурсы. Менеджмент такой системы достаточно сложен и требует высокой квалификации лиц принимающих решения и нестандартных действий.

3. Целеустремленные системы - это системы, которые по достижении заданной цели сами себе ставят новые цели. Например компании, которые занимаются энергетическим аудитом.

Ст. Бир предложил классифицировать системы во-первых по сложности:

1. Простые, состоящие из нескольких элементов;

2. Сложные, с разветвленной структурой и многими связями, поддающимися описанию;

3. Очень сложные, которые не возможно описать.

Во вторых системы разделяются на:

1. Детерминированные, то есть такие, элементы которых взаимодействуют по известным правилам и их в поведении нет неопределенности и его можно без ошибочно прогнозировать, например включение электродвигателя после подачи на него напряжения;

2. Вероятностные, состояние которых определяется вероятностными закономерностями и всегда существует неопределенность в их поведении, например частота срабатываний системы защиты электрических двигателей от перегрузки.

На начальном этапе изучения системы лицо или группа лиц принимающих решение производят сбор информации и ее анализ для ясного представления поставленных целей и задач. На основе этого составляется календарный план выполнения работ, оценивается их стоимость, определяются источники необходимых ресурсов и ожидаемый экономический эффект, а также формулируются критерии оценки предполагаемых результатов. К сожалению свойства человеческого мышления таковы, что, как правило, стоимость работ недооценивается, а ожидаемый результат преувеличивается.

Важным источником данных о системе являются измерения и мониторинг параметров и переменных, изучение нормативных документов, опрос персонала, а также участие в экспертов в управлении системой, то есть проведение энергетического аудита. При проведении измерений и знакомстве с документацией необходимо иметь в виду, что измерения имеют разброс, иногда и ошибки, а документация может оказаться устаревшей. По результатам измерений после соответствующей статистической обработки получаются интегральные показатели и тренды изменений параметров и переменных, без чего эффективное управление системой сомнительно. Изучению системы способствует построение различных диаграмм, технологических карт, карт потребления энергетических ресурсов, графиков и таблиц. Эти сведения позволяют создать модели изучаемой системы, с помощью которых проводится анализ и разработка алгоритмов управления потоками энергии и их потребления. При этом нужно четко представлять целевые функции и критерии оптимизации, параметры и переменные элементов и связей между ними, чтоб иметь возможность определить какие из них необходимо включить в модель, а какими можно пренебречь.

Необходимо иметь в виду, что исследование систем достаточно сложный процесс. При исследовании системы, состоящей из n - элементов и n(n - 1) связей, необходимо иметь в виду, что связь одного элемента с другим может отличаться от связи этого элемента с первым. Так например при наличии только 5 элементов будет 20 связей, а количество состояний 2²⁰ = 2097152 состояний. То есть даже для относительно простой системы для полного ее изучения необходимо провести огромное количество измерений состояния, что по понятным причинам не реально. Поэтому приходится действовать в неполном информационном поле в условиях неопределенности. Только четкое представление процессов происходящих в системе, знание о свойствах составляющих ее элементов и связей между ними, умение различить главное и второстепенное позволяет принимать обоснованные решения по прогнозированию поведения изучаемых объектов.

Таким образом, для успешного исследования систем, в том числе и энергетических, и разработки алгоритмов управления для достижения поставленных целей в соответствии с принятыми критериями необходимо совместно с заказчиком:

• Определить лицо или группу лиц принимающих решение;

• Определить уровень их ответственности и компетенции;

• Определить мнение лиц, влияющих на принятие решения;

• Определить неконтролируемые факторы внешней среды, влияющие на принятие решения;

• Выяснить аргументы оппонентов предполагаемых решений и учесть в работе;

• Определить количество необходимых ресурсов и источники их получения;

• Создать рабочую группу исполнителей, с привлечением экспертов при необходимости;

• Разработать календарный план исследований для исполнителей, с определением объема работ, сроков и критериев оценки;

• Определить лицо или группу лиц, координирующих, контролирующих и корректирующих выполнение запланированных работ;

• Создать для исполнителей необходимые условия работы и обеспечить свободный доступ ко всем элементам изучаемой системы и информации об их функционировании;

Одним из основных свойств системы является структура, характеризуемая внутренним расположением и взаимодействием отдельных ее элементов и определяющая их функционирование посредством иерархии и делегированием ответственности. Это формализует алгоритм поведения элементов по достижению сформулированной цели. Структура делает систему системой. Так одна тысяча человек это просто толпа, та же тысяча организованная и разбитая на группы, бригады, отделы, цеха это производство. В структуре каждое подразделение имеет свою ответственность и с помощью коммуникаций осуществляет взаимодействие с другими по достижению цели организации.