Библиотечный каталог авторефератов Украины

Показано, що багатокрокові схеми УМП мають досить широкі можливості – з їхньою допомогою можна реалізувати практично довільну функцію вибору на кінцевій безлічі варіантів.

Відомо, що пошук раціонального вирішення задачі дуже залежить від коректності процедури побудови векторного критерію, до якого ставиться ряд вимог: повнота, операційність, вимірність, розкладність, ненадмірність, мінімальність, декомпозованість.

Аналіз критеріїв оцінки оптимальності рішення, проведений у першому розділі, свідчить, що традиційні методи приведення множини критеріїв оцінки до єдиної метрики для наступного порівняння альтернатив, не завжди доцільні і важко формалізуться через різну природу деяких критеріїв. Тому пропонується використовувати відомі формальні процедури побудови векторного критерію: метод побудови когнітивних карт; експертні системи; метод побудови сценаріїв, заснований на формальних граматиках.

Показано, що при побудові області припустимих рішень бажано (але не обов'язково) домагатися її опуклості для зниження трудомісткості алгоритмів, що реалізують вирішення задачі дослідження. Запропоновано різні підходи (еврістічний і формальний), які можна використовувати при побудові області припустимих рішень. Уперше запропонована процедура ранжирування припустимих рішень для задачі локалізації аварійних ситуацій на інженерних мережах.

У третьому розділі розроблена математична модель багатокритеріальної задачі прийняття рішення при оперативному управлінні потокорозподілом у СПРВ. Запропоновано підхід до формування векторного критерію, що полягає у використанні методу когнітивних карт для визначення складу векторного критерію, що відповідає вимогам повноти, мінімальності, вимірності, ненадмірності, декомпозованості. Розроблено алгоритм цілеспрямованого формування множини припустимих рішень – альтернатив з використанням елементів експертних систем. Розроблений алгоритм, що реалізує вирішення задачі дослідження, являє собою розвиток багатокрокової схеми узагальненого математичного програмування з паралельно-послідовною інформаційною структурою.

Багатокрокова схема алгоритму. - компакт у, що є замиканням зв'язної області, K(G) – сімейство всіх зв'язкових компактов підмножин G, а З(•) – функція вибору на G, тобто З(•):K(G) ∅) ∅ і З(•) безупинна в метриці Хаусдорфа. Під ε-апроксимацією функції вибору будемо розуміти функцію вибору таку, що відстань  .

Функція вибору З(•) визначена і безупинна на ДО(Д), де Д – паралелепіпед із гранями, рівнобіжними координатним площинам. Тоді для З(•) і існує схема БкУМП, що реалізує деяку її ε-апроксимацію.

З огляду на компактність Д сімейство ДО(Д) є компактним у метриці Хаусдорфа. Тому   такі, що

ДО(Д).

Зафіксуємо ε>0 і покладемо.

Зробимо послідовність перетинів Д (а разом з ним і G).

Крок 1. Проведемо через центр ваги Д перетин, рівнобіжний площини. Вихідний паралелепіпед розбиваємо на два: Д0 і Д1.

Відповідно G розбиваємо на дві підмножини.

Крок 2. Проведемо через центри ваги Д0 і Д1 перетини, рівнобіжні координатної площини. Одержимо чотири безлічі: Д00, Д01,Д10,Д11. Відповідно G розбиваємо на чотири підмножини:

Крок k. при k<n і при. Таким чином, для кожної точки x∈Д одержимо послідовність утримуючих її вкладених підмножин:

Оскільки, то X є єдиною точкою перетину послідовності вкладених компактів. Отже відстань:, тому є ε-апроксимацією функції вибору.

Доведено, що алгоритм є кінцевим і сходиться із заданою точністю 2ε  до оптимального рішення.

Розглянуто методи оптимального оперативного управління системами подачі й розподілу води. Відзначено, що для реалізації оперативного управління необхідно мати, по-перше, досить коректну і компактну модель об'єкта - СПРВ, подану у вигляді графа мережі,  по-друге, швидкодіючі алгоритми, що дозволяють у реальному часі визначити оперативний потокорозподіл у мережі й розробити вектор коригувальних дій з боку ОПР - диспетчера системи. У розділі запропоновані два підходи, що дозволяють коректно “укрупнити” модель СПРВ, подану у вигляді графа мережі: алгоритм представлення графа мережі bc-деревом і алгоритм генерації баз даних для мереж з різною пропускною здатністю. Експериментальні дослідження довели ефективність і коректність алгоритмів. Математично сформульована задача стабілізації тисків у несприятливих точках СПРВ, названих диктуючими точками. Розроблено алгоритм, що реалізує негативний зворотний зв'язок як засіб автоматизованого управління СПРВ у реальному часі.

Експериментальні дослідження, проведені на водорозподільних мережах м. Донецька, дозволили зробити висновок про коректність математичної моделі, алгоритмічного та програмного інструментарію, розроблених у дисертації. Коректність математичної моделі доведена шляхом порівняння потокорозподілу, отриманого після імітаційного моделювання на ПЕОМ значеннями обмірюваних потоків у трубопроводах, отриманих з використанням накладного витратоміра, патент на винахід якого був отриманий у процесі роботи над дисертацією.

Четвертий розділ містить дослідження топологічних аспектів задачі локалізації аварійних ситуацій у СПРВ. У ньому сформульована задача аварійного регулювання параметрів мережі. Нехай  - граф кільцевої водорозподільної мережі; А - множина параметрів насосних станцій; R - множина параметрів резервного обладнання мережі. Нехай - підмножина множини ребер, що містять ребра із запірною арматурою;  - ребро, на якому відбулася аварія; - вершини аварійного ребра. Тоді задачею аварійного регулювання назвемо задачу визначення параметрів елементів множини, що забезпечують неперевищення максимально припустимих потоків на аварійному ребрі.

Для розгляду топологічних аспектів вирішення цієї задачі використовується поняття локалізуючого підграфа.

Нехай на ребрі  графа  відбулася аварія і на ньому немає запірної арматури (засувок), тобто. Підграф ' графа  називають локалізуючим підграфом щодо ребра , якщо він має такі властивості: а) ' містить ребро ; б) '- зв'язний; в) будь-яке ребро  графа, що з'єднує вершину графа ' з вершиною, має засувку, тобто  .

Якщо на ребрі є одна засувка, то у визначенні локалізуючого підграфа властивість в) замінюється на властивість: будь-яке ребро графа, що з'єднує вершину графа  з вершиною, має засувку.

Задачею топологічної локалізації аварії назвемо задачу побудови  локалізуючого підграфа, що відрізняється від вихідного графа.

Сформульовані й доведені наступні теореми.

Теорема 1. Якщо задача локалізації ребра , яке не має засувок, відносно ребра  має рішення, то максимально локалізуючий підграф існує і є єдиним.

Теорема 2. Якщо задача локалізації ребра , яке має 1 засувку, відносно ребра  має рішення, то максимально локалізуючий підграф існує і є єдиним.

Аналогічні результати отримані і у випадку аварії у вершині. Доведено теорему про існування та єдиність розбивки графа мережі на максимально локалізуючі підграфи (компоненти).

Теорема 3. Існує і є єдиним розбиття графа мережі на максимально локалізуючі підграфи.

Розроблено алгоритм побудови локалізуючих компонентів графа, що базується на використанні ідеї алгоритму “пошуку в глибину”. Показано, що побудовані локалізуючі компоненти не є рівноправними з точки зору їхнього впливу на стан мережі. Внаслідок цього виникає необхідність подальшого топологічного аналізу мережі. З цією метою вводиться поняття гіперграфа, вершинами якого є локалізуючі компоненти. Розроблено алгоритм побудови гіперграфа.

Процедурі перекриття засувок при локалізації компоненти відповідає процедура видалення відповідної вершини гіперграфа. При цьому може виявитися, що зв’язність цього графа порушиться і деякі інші його вершини опиняться в компоненті зв’язності, що не має активних елементів (насосні станції, водонапірні башти тощо). Сукупність G"(K) компонент отриманого графа мережі, що містить компоненту K і ті компоненти, яким відповідають ці вершини укрупненого графа при видаленні K, визначається як гіперкомпонента цієї вершини.

Теорема 4. Для кожної компоненти  графа  існує і є єдиною відповідна їй гіперкомпонента.

Введено поняття фактор-зв’язності компонент і доведена:

Теорема 5. Компонента К графу фактор-зв’язна тоді й тільки тоді, коли.

Вивчено особливості гіперкомпонент і доведено:

Теорема 6. Якщо, то.

Теорема 7. Якщо, то, або.

Теорема 8. Якщо, то.

На відміну від компонент гіперкомпоненти не створюють розбиття графа, але вони породжують його покриття, чим визначають структуру гіперграфа.

Розроблено багаторівневий алгоритм побудови гіперграфа, що містить етапи пошуку точок зчленування і визначення блоків гіперграфа, побудови  bc-  дерева і гіперкомпонент (визначення їхнього складу і замикаючих множин).

Сукупність наведених алгоритмів реалізує розроблений гіперкомпонентний аналіз мережі: визначення компоненти для ребра (або вершини), на якому відбулася аварія; визначення відповідної гіперкомпоненти; визначення замикаючої множини гіперкомпоненти; визначення засувок, що складають замикаючу множину гіперкомпоненти; визначення впливу аварії на стан мережі.

Ця схема дозволяє вирішити задачу локалізації аварії при відключенні мінімальної кількості споживачів, перекриваючи при цьому мінімальну кількість засувок.

У розділі наводиться приклад повного гіперкомпонентного аналізу чотирикільцевої водорозподільної мережі (рис.1).

Як видно з рисунку, розташування запірної арматури на водорозподільній мережі розбиває граф на чотири локалізуючі компоненти (ЛК). 

У табл. 1 наведено перелік вузлових пар, що складають ЛК, і замикаюча множина дуг подана номерами дуг, що мають запірну арматуру.

Ця таблиця є результатом роботи алгоритму розбивки графа мережі на локалізуючі компоненти. Вона демонструє:

1. До якої локалізуючої компоненти відноситься аварійний водовід.
2. Які ще водоводи входять до складу ЛК і будуть зневоднені при топологічній локалізації аварійної ситуації у водорозподільній мережі.
3. Яку запірну арматуру і на яких водоводах необхідно перекрити для того, щоб запобігти надходженню води в аварійний водовід.

Таблиця 1

Перелік локалізуючих компонент і замикаюча множина дуг

Якщо аварія відбулася на водоводі 2-3, то треба перекрити засувки на дугах 3,9,12 (водоводах 2-3; 5-6; 8-9). При цьому без води залишаться ділянки 3-6; 6-9; 8-9, що складають поточну локалізуючу компоненту (ЛК).

Таким чином, алгоритм розбивки граф мережі на ЛК дозволяє підготувати інформацію про всі можливі шляхи локалізації аварійних ділянок на водорозподільній мережі до того, як аварія відбудеться.

Якщо проаналізувати взаємний вплив локалізуючих компонентів, то можна побудувати “локалізуючий гіперграф” (рис. 2), за яким можна визначити життєздатність мережі у випадку виходу з ладу однієї (або декількох) ЛК. У вищенаведеному прикладі тільки вихід з ладу першої ЛК призведе до порушення працездатності всієї мережі - вона буде ізольована від насосної станції. Вихід же з ладу водоводів, що складають інші ЛК, призведе до часткової втрати працездатності СПРВ.

У п'ятому розділі сформульована задача прийняття рішень при виникненні аварійної ситуації у СПРВ. Наводиться змістовна постановка задачі, що характеризує її як багатокритеріальну і обумовлює необхідність компромісу для її вирішення.

Визначено загальну мету розв'язуваної задачі, що полягає в усуненні аварії за найкоротший проміжок часу з мінімальними втратами. Ця мета може бути формально задана значеннями критеріїв якості. Виходячи з цього, встановлюються загальні критерії якості вирішення задачі усунення аварії, що включають: - витрати на проведення ремонтних робіт; - втрати води, що можна подати як складовий критерій, який має додаткові критерії: - загальні недопоставки води споживачам, - відсоток відключених великих споживачів води; - час на проведення ремонтних робіт. Доведено повноту, операційність, декомпозовність, ненадмірність, мінімальність, вимірність запропонованих критеріїв.

Для формування множини припустимих рішень використовується множина всіх можливих варіантів зміни параметрів об'єкта, що дозволяє забезпечити неперевищення максимально припустимих витрат в аварійній зоні.

Можливими способами такого формування є:

• автоматичне генерування множини засувок, повне перекриття яких призведе до зневоднення аварійної зони (формується у процесі роботи алгоритму побудови максимального локалізуючого гіперграфа);
• визначення множини засувок експертом, добре знайомим з особливостями функціонування системи водопостачання;
• визначення альтернативної множини засувок, що будуть повністю перекриті;
• задання множини не повністю перекритих засувок і ступінь їхнього прикриття, що дозволяє забезпечити витрати, які не перевищують максимально припустимі в аварійній зоні;
• зміна режимів роботи насосних станцій;
• використання резервного обладнання, що дозволить забезпечити витрати, які не перевищують максимально припустимі в аварійній зоні;
• задання рішень комбінованим способом з використанням попередніх способів.

З другого боку, визначення всіх можливих способів проведення аварійно-відновлювальних робіт з урахуванням поточного стану технічної бази розширює можливу кількість стратегій, що збільшує можливе число рішень задачі. У розділі визначена структура вектора вирішення, де П - множина регульованих параметрів мережі, а  - множина ресурсів для проведення аварійно-відновлювальних робіт (,); наведені вимоги для цього вирішення (непорушення технологічних норм функціонування мережі і врахування статусу об'єктів, що підпадають під можливе відключення), що встановлюють обмеження на множину можливих рішень.

Задача прийняття рішення в аварійній ситуації сформульована таким чином. Нехай задана мережа певної конфігурації із встановленими характеристиками її елементів і розташуванням запірно-регулюючої арматури. Нехай також задані стан технічної бази господарства і наявність трудових ресурсів. Позначимо, що W- множина всіх можливих способів усунення можливих аварій на даній мережі, а X⊂W - пред’явлення.

Потрібно знайти x* ∈ X, оптимальне за векторним критерієм K(x), яке  належить множині припустимих вирішень:

де   вектор параметрів задачі, які можна регулювати;

- векторна функція, що відображає вартісні й кількісні характеристики обраного вирішення;

скалярні функції - технологічні обмеження, що накладаються на розв’язання задачі вибору найкращого вирішення: обмеження на припустимі витрати, зниження тиску, зменшення подачі цільового продукту споживачам та ін.;

задані константи;

формули, що описують обмеження, які накладаються на можливі вирішення,  змістовного характеру.

У такій постановці ця задача належить до задач узагальненого математичного програмування, вирішення  якої в даному випадку розбивається на два етапи. На першому етапі, використовуючи задану функцію вибору {x1, x2,..,xn}=C(X)⊂X, виконується оптимізація K(x) за бінарним відношенням R. Потім ОПР, оцінюючи вектор K(x1),K(x2),. . . ,K(xn) показників ефективності (критеріїв якості K1(x),K2(x),K21(x),K22(x),K3(x)) альтернатив x1, x2,...xn , вибирає з рішень, що задовольняють умовам задачі, рішення x* з кращим за перевагою R0 (перевага ОПР) вектором характеристик K(x).

Встановлення класу задач, до яких належить ця задача, пов'язано з визначенням особливостей множини W. Для розглянутої задачі вирішення визначається як деяка сукупність параметрів мережі, що забезпечує подачу води в аварійну зону, яка не перевищує припустимий (можливо нульовий) рівень.

Ця множина не наділена лінійною структурою, тому способи вкласти її в який-небудь простір є неефективними. Найбільш істотним є врахування того, що множина засувок є кінцевою, а ступінь їхнього прикриття можна дискретизувати, як це робиться на практиці. Таким чином, визначена дискретність і кінцевість множини рішень, а також наявність кінцевої кількості стратегій по усуненню аварій дають можливість віднести розглянуту задачу до розділу задач дискретного програмування. При кінцевій кількості альтернатив завжди можна вибрати найкращий варіант, перебираючи альтернативні варіанти і порівнюючи їх між собою.

На цій підставі розроблено алгоритм прийняття рішень в аварійній ситуації в системах водопостачання, загальна схема якого наведена на рис.3.

У зв'язку з тим, що кількісна оцінка втрат води має прямий зв'язок з часом локалізації аварії, в розділі розглядається питання недоподачі води абонентам внаслідок аварії. Загальні недоподачі води оцінюються таким чином:

де   - час початку аварії;

- час початку проведення аварійно - відновлювальних робіт,

- вільний тиск на i-му ребрі;

- необхідний тиск на i-му ребрі;

Qi - вузлові витрати води на i-му ребрі;

qi- витрати води на i-му ребрі.

Число споживачів l збільшується на одного, розташованого на аварійному ребрі. Втрата, яку він “споживає”, встановлюється залежно від типу і розміру аварії. Тоді з урахуванням застосування інтегрованої моделі сталого потокорозподілу і визначення інтервалів постійного водоспоживання Is  ці витрати води для k-ї стратегії обчислюються як

Оцінка втрат води на етапі аварійно-відновлювальних робіт визначається у процесі вирішення прямої задачі аналізу при змінених параметрах мережі.

У шостому розділі  розглядається задача автоматизованого управління потокорозподілом у СПРВ на тривалому інтервалі часу (проектування і реконструкція). Проаналізовано основні етапи процедури проектування, з яких  виділяються етапи формування структури, вибору оптимальних параметрів мережі і режимів роботи активних елементів. Показано, що процес проектування СПРВ - процедура творча, що потребує глибокого аналізу і неформальних підходів. Відзначено, що проектування мережі повинне вестися з урахуванням її управління,  при цьому множина критеріїв оцінки якості і надійності її функціонування повинна бути повною.

Розроблено модель прийняття рішень при оптимальному проектуванні та реконструкції водорозподільних мереж. Відзначено, що для побудови такої моделі необхідним є формування мети, пошук альтернативних способів її досягнення, визначення логіки й обґрунтування механізму вибору альтернатив, аналіз рішення. Під метою оптимального проектування розуміється створення проекту системи подачі й розподілу води, що дозволяє оптимально експлуатувати СПРВ як у штатних, так і в аварійних режимах роботи при мінімальних капіталовкладеннях у будівництво та експлуатацію мережі і максимальній  надійності її функціонування. Для досягнення поставленої мети використовується множина усіх можливих варіантів зміни структури СПРВ, її параметрів, режимів роботи насосних станцій, що дозволяють забезпечити максимальну надійність роботи мережі, мінімальні витрати на її будівництво і експлуатацію, оптимальні режими експлуатації СПРВ у штатних і аварійних ситуаціях.

Пропонуються два способи формування підмножин цієї множини. Перший з них припускає автоматичне формування множини альтернативних варіантів структур мережі. При заданому місці розташування споживачів і насосних станцій (вершин графа) загальне число можливих графів є досить великим. Множина альтернативних варіантів графа мережі формується за допомогою модифікованого алгоритму методу комівояжера. Другий – це задання альтернативної множини можливих структур СПРВ експертом,  який добре знає особливості функціонування керованого об'єкта.

Одночасно з вибором оптимальної структури СПРВ необхідно  визначати параметри мережі, що забезпечують мінімум векторної функції критеріїв якості функціонування СПРВ і оптимальні режими роботи насосних станцій. З технічної точки зору ця множина охоплює найбільш розповсюджені способи раціонального проектування систем подачі та розподілу води.

Запропонована наступна укрупнена структура вектору вирішення x: де S - множина можливих структур мережі (графів); β - множина можливих параметрів (діаметрів) ділянок СПРВ; R - множина можливих витратно-напірних характеристик насосних станцій,  .

Обмеженням на множину можливих рішень є такі вимоги: 1) вектор рішень повинен надавати такі варіанти графа мережі, що відповідають вимогам структурного резервування для підвищення надійності функціонування СПРВ; 2) вектор рішень  повинен мати дискретні значення, встановлені державним стандартом значень параметрів; 3) вектор рішень  повинен описувати дискретні значення витратно-напірної характеристики, що визначається, з одного боку, потужністю конкретної насосної станції, а з другого - наявним обладнанням і можливістю комбінованого включення цього обладнання.

Виходячи із змістовної постановки задачі, можна сформулювати такі критерії якості її вирішення: енергетичні витрати в СПРВ; сумарна непродуктивна витрата в мережі; сумарні капітальні й експлуатаційні витрати; критерій надійного функціонування водогінних розподільних мереж, що обчислюється на деякому інтервалі часу.

Таким чином, як основу механізму вибору найкращого рішення можна розглядати задачу мінімізації перших трьох критеріїв, що обчислюються в дискретні моменти часу, і максимізацію інтегральних критеріїв, що обчислюються на деякому проміжку часу [0,T]. У роботі доведені повнота, розкладність, ненадмірність, вимірність і мінімальність згортки критеріїв.

Задача оптимального проектування і реконструкції СПРВ математично сформульована як задача узагальненого математичного програмування. Нехай відомі: місце розташування насосних станцій і споживачів; вузлові витрати; геодезичні оцінки споживачів і насосних станцій; множина структур графа СПРВ. Нехай G- деяка фіксована компактна множина всіх можливих варіантів проектів даної мережі в, а x⊂G - пред’явлення або один з варіантів рішення. Треба знайти, оптимальне за векторним критерієм і належне множині припустимих рішень (10)-(12).

Алгоритм її вирішення складається з двох етапів: на першому - з використанням заданої функції вибору  проводиться оптимізація Z(x) за бінарним відношенням - переваги ОПР; на другому - ОПР, оцінюючи вектори показників ефективності альтернатив (представлень), вибирає з рішень, що задовольняють умовам задачі, рішення  з кращим за перевагою  (переваги ОПР) вектором характеристик. Відзначається, що розмірність загальної задачі досить велика. Це обумовлено тим, що кількість побудов можливих графів мережі велика і тільки використання спеціальних методів аналізу структури графа на структурну надійність і досвід експерта в цій галузі дозволяють істотно знизити кількість альтернативних графів СПРВ. Коли є відомим граф мережі, розв’язується задача вибору оптимальних параметрів. Оскільки параметри задані певним сортаментом, то задача цього етапу також має велику розмірність. Крім того, обмеження на дискретність параметрів диктують обмеження на область її припустимих значень. Після того, як стануть відомими граф мережі і параметри, повинен бути визначений оптимальний режим роботи насосних станцій.

Запропонована багаторівнева схема вирішення задачі, що має такі етапи: генерація множини конкурентоздатних структур СПРВ (схем з'єднань); добір підмножини  з використанням гіперкомпонентного аналізу структури графа СПРВ; формування вектора витрат; вибір оптимальних параметрів  графа СПРВ шляхом вирішення задачі параметричної оптимізації за усіченим векторним критерієм; формування вирішального правила шляхом створення оціночної шкали критеріїв; оцінка поточного пред’явлення  за векторним критерієм; порівняння поточного пред’явлення з кращим (якщо  , то вибираємо як краще поточне пред’явлення, тобто); аналіз закінчення роботи алгоритму: якщо критерій закінчення пошуку виконаний, то закінчуємо пошук, інакше - перехід до процедури порівняння з іншими альтернативами.

У цьому розділі математично сформульовано проміжні задачі й розроблено процедури, що реалізують окремі етапи багаторівневої схеми алгоритму пошуку оптимального проекту СПРВ:

• алгоритм генерації та аналізу структури графа СПРВ;
• алгоритм вибору оптимальних параметрів;
• алгоритм тестування альтернативних проектів СПРВ у рамках інтерактивної системи підтримки прийняття рішень.

Здійснено порівняльний аналіз розроблених алгоритмів з відомими на прикладі водорозподільної мережі району Оболоні м. Києва. Оцінка проводилася тільки за економічними критеріями, тому що у відомих публікаціях інші критерії не розглядалися. Порівняльний аналіз показав перевагу розроблених в дисертації алгоритмів над існуючими.

Розроблені в шостому розділі методи оптимального управління потокорозподілом, структурою мережі та режимами роботи активних елементів СПРВ реалізовані у вигляді підсистеми пакета “Діалогова система підтримки прийняття рішень при автоматизованому управлінні потокорозподілом у СПРВ на різних інтервалах часу” і використані при проектуванні та реконструкції систем подачі й розподілу води різних міст України. Акти про результати впровадження у виробництво водопровідно-каналізаційних підприємств України наведені в додатку А.

У сьомому розділі наведена детальна характеристика програмного забезпечення, що реалізує розроблені методи і алгоритми вирішення задач прийняття рішень та використовується в автоматизованих системах управління потокорозподілом СПРВ на різних інтервалах часу в штатних і аварійних режимах роботи. Визначено основні компоненти системи керування даними, діалогом і моделями. Розроблено архітектуру системи (рис.4), що містить розрахунково-графічну компоненту, компоненту гіперкомпонентного аналізу, компоненту керування полями даних. Взаємодія вказаних компонентів дозволяє використовувати дані,  алгоритми їхньої обробки і подання на екрані монітора в єдиному комплексі, що гарантує експерту одержання всього спектра інформаційної підтримки при ухваленні рішення.

Розроблено модель подання даних про об'єкт (СПРВ) у вигляді  таблиць даних: насосних станцій, водоводів, споживачів, які задані координатами вершин мережі (для графічної візуалізації графа мережі та оперативного потокорозподілу), даними про компоненти графа мережі, про склад і зв'язки ЛК і таблицею даних для проведення гіперкомпонентного аналізу.

Досліджено вимоги до інструментарію програмного забезпечення,  наведено опис функціональних елементів багатовіконного інтерфейсу, що включає: головне вікно системи; вікно візуалізації структури мережі; вікно формування альтернативних способів усунення аварії; вікна виведення результатів; вікно роботи з БД; вікно настроювання; вікно  тестування функції вибору.

На рис.5, як приклад, наведено вікно візуалізації структури мережі.

Розглянуто можливості практичного використання системи на різних рівнях керування об'єктом.

Приклади використання розроблених алгоритмів і методів, результати розрахунків реальних водорозподільних мереж і ілюстрації елементів програмного інтерфейсу наведені в додатку до дисертаційної роботи. У додатках подано також акти впровадження програмного забезпечення, розробленого в дисертаційній роботі, у виробничий процес підприємств ПУВКГ Донецького регіону України і “УкркомунНДІпроект” (м. Харків).

ОСНОВНІ РЕЗУЛЬТАТИ І ВИСНОВКИ

1. Уперше, з позицій загальносистемного підходу до задач автоматизованого управління потокорозподілом систем подачі й розподілу води, досліджені методи й прийоми оцінки якості вирішення, ефективності, надійності функціонування СПРВ; розроблені й класифіковані критерії оцінки, які використовуються при управлінні потокорозподілом у СПРВ на різних інтервалах часу.
2. Уперше задачі оперативного і довгострокового управління в штатних та аварійних режимах роботи математично сформульовані як багатокритеріальні задачі узагальненого математичного програмування, що відносяться до класу задач з незаданими бінарними відношеннями , які необхідно встановити в заданих конкретних ситуаціях (залежно від типу вирішуваної задачі - оперативне чи довгострокове управління - умови будуть різними).
3. Досліджено методи вирішення багатокритеріальних задач узагальненого математичного програмування, і вперше запропонований підхід, який полягає в модифікації багатокрокових схем узагальненого математичного програмування з різними інформаційними структурами стосовно до СПРВ.
4. Використовуючи особливості сильно зв'язаних орієнтованих графів, за допомогою яких описуються схеми з’єднань СПРВ, уперше розроблено інструментарій топологічного аналізу, що включає: топологічний аналіз задачі локалізації аварійних ділянок; формування локалізуючих компонентів; побудову гіперграфу і bc-дерева графа мережі.
5. Теоретично досліджений вплив місця розташування аварійної зони на спосіб її локалізації і зміну режиму функціонування систем подачі й розподілу води. Уперше сформульовані й доведені теореми, які постулюють єдиність: існування максимально локалізуючого підграфа; розбивки графа на максимально локалізуючі підграфи (компоненти); процедури побудови гіперграфа.
6. Уперше розроблені моделі пошуку раціонального вирішення для задач: оперативного і довгострокового автоматизованого управління потокорозподілом у СПРВ; оптимізації режимів роботи СПРВ у штатних режимах її функціонування; аварійної експлуатації систем подачі й розподілу води.
7. Розроблено алгоритми вирішення наступних задач: автоматизованої  генерації баз даних для проведення розрахунків у реальному часі; формування баз даних різної пропускної здатності при оптимізації режимів функціонування систем водопостачання; генерації й аналізу графа СПРВ; тестування альтернативних проектів при управлінні на різних інтервалах часу; визначення локалізуючих компонентів; аналізу структури усіченої мережі, прийняття рішень в аварійній ситуації.
8. Розроблено архітектуру, модель подання даних, модель системи і мовного середовища, графічний і розрахунковий інтерфейси, а також головні підсистеми “Діалогової системи підтримки прийняття рішень при автоматизованому управлінні СПРВ на різних інтервалах часу”, що включають: розрахункову підсистему, систему графічної візуалізації схеми з’єднань СПРВ і систему управління базами даних.
9. Уперше розроблено програмне забезпечення, що реалізує вирішення  задач оперативного і довгострокового автоматизованого управління потокорозподілом СПРВ у штатних та аварійних режимах  функціонування у вигляді пакету програм “Діалогова система підтримки прийняття рішень при автоматизованому управлінні потокорозподілом у СПРВ на різних інтервалах часу”.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Рябченко И.Н. Моделирование процессов потокораспределения в системах подачи и распределения воды с использованием ПЭВМ.- Харьков: Изд-во “Основа” при Харьковском ун-те, 1998.- 188с.
2. Интегрированная диалоговая система рациональной эксплуатации и развития систем подачи и распределения воды / Рябченко И.Н., Маслак В.Н., Гречухин А.В., Евдокимов А.Г., Самойленко Н.И., Вольвовский Д.Е., Егоров С.И. - Донецк: РИП “Лебедь”, 1994.- 192с.
3. Минимизация функций с применением мини- и микро- ЭВМ . Сборник задач и упражнений / Евдокимов А.Г., Самойленко Н.И., Пальченко Л.А., Рябченко И.Н./ Под ред. А.Г.Евдокимова. -  Харьков: Вища школа, 1993.- 256с.
4. Рябченко И.Н., Маслак В.Н. Автоматизация процедуры генерации баз данных определенной пропускной способности // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып.7 - К.: Техніка, 1997.  С.36-38.
5. Рябченко И.Н. Евдокимов А.Г., Самойленко Н.И. Интегрированная диалоговая система рациональной  эксплуатации и развития систем подачи и распределения воды // В кн.: Новые информационные технологии управления развитием и функционированием трубопроводных систем энергетики. - Иркутск: СЭИ СО РАН.- 1993. -С.153-165.
6. Рябченко И.Н. Определение зон влияния насосных станций при оперативном управлении СПРВ // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып.8  - К.: Техніка, 1997. - С.84-85.
7. Рябченко И.Н. Разработка эффективных методов проектирования систем подачи и распределения воды (СПРВ) с использованием теории принятия решений многокритериальных задач // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - Харьков: Изд.  Гос. дирекции железных дорог Украины. - 1999. - №1.-  С.7-11.
8. Рябченко И.Н. Использование методов топологического анализа при решении задачи локализации аварий на инженерных сетях // Новые решения в современных технологиях. Вестник Харьковского государственного политехнического университета - Харьков: Харьк. политехн. гос. ун-та - 1999.- №46. - С.28-30.
9. Рябченко И.Н. Использование методов теории принятия решений при оптимальном управлении  системами подачи и распределения воды // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. -  Харьков: Изд. Гос. дирекции железных дорог Украины. - 1998.- №6. - С.18-22.
10. Рябченко И.Н., Маслак В.Н., Холодная Т.А. Разработка методики сбора и обработки оперативных данных информационной интеллектуальной системой с распределенным доступом // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып. 10  - К.: Техніка, 1997. - С.99-101.
11. Рябченко И.Н., Маслак В.Н., Гречухин А.В. Алгоритмическая поддержка процедуры локализации аварийных ситуаций в системах подачи и распределения воды (СПРВ) // Новые решения в современных технологиях. Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: Харьк. политехн. гос. ун-т. - 1999. - №55. - С. 21-23.
12. Рябченко И.Н., Маслак В.Н. Алгоритм автоматизации процесса подготовки расчетных баз данных для систем водоснабжения // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - Харьков: Изд. Гос. дирекции железных дорог Украины. - 1999. - №2. - С.36-39.
13. Рябченко И.Н. Использование методов теории принятия решений при оптимальном проектировании систем подачи и распределения воды (СПРВ) // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып.16  - К.: Техніка, 1998. -С.93-97.
14. Рябченко И.Н. Разработка алгоритма построения локализующего гиперграфа для тестирования конкурентоспособных структур водораспределительных сетей при их проектировании и реконструкции // Новые решения в современных технологиях. Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: Харьк. политехн. гос. ун-т. 1999. - №58. - С.27-28.
15. Рябченко И.Н. Повышение эффективности эксплуатации систем водоснабжения в штатных режимах работы // Науковий вісник будівництва. - Харьков: ХДТУБА, ХАО АБУ. – 1999. -  №7. - С.169-172.
16. Рябченко И.Н., Маслак В.Н. Многошаговая схема обобщенного математического программирования решения многокритериальной задачи оперативного управления водораспределительными сетями // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып.19  - К.: Техніка,  1999. -  С.195-197.
17. Рябченко И.Н. Задачи выбора рационального решения при эксплуатации водораспределительных сетей в нештатных ситуациях // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - Харьков: Изд. Гос. дирекции железных дорог Украины. – 1999. - №3. - С.49-52.
18. Рябченко И.Н. Построение модели принятия решений при эксплуатации систем подачи и распределения воды в аварийных ситуациях // Новые решения в современных технологиях. Вестник Харьковского государственного политехнического университета. - Харьков: Харьк. политехн. гос. ун-т. - 1999. - №59. - С.57-59.
19. Рябченко И.Н. Обобщенный алгоритм оптимальной эксплуатации инженерных сетей // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып.20.  - К.: Техніка, 1999. -  С.163-165.
20. Рябченко И.Н. Выбор модели представления данных в системе поддержки принятия решения при аварийном регулировании СПРВ // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - Харьков: Изд. Гос. дирекции железных дорог Украины. - 1999. - №5. - С.3-6.
21. Пат. 17219A UA G01 F1/66 Украина, Держпатент України. Акустичний витратомір / Корольков В.Г., Золотов М.С., Рябченко І.М., Маслак В.М., Гречухин О.В. Заявл. 22.01.96; Опубл. 1.04.97; 8 стр.
22. Пат. 2101681 C1 RU G01 F1/66 Российская федерация. Комитет Российской федерации по патентам и товарным знакам. Аккустический расходомер / Корольков В.Г., Золотов М.С., Рябченко И.Н., Маслак В.Н., Гречухин А.В., Заявл. 31.01.96г. Опубл. 10.01.98г.; 18 стр.
23. Рябченко И.Н. Разработка структуры интерактивной системы поддержки принятия решения в аварийной ситуации в водораспределительных сетях // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. - Харьков: Изд. Гос. дирекции железных дорог Украины. - 1999.- №6. - С.82-85.
24. Рябченко И.Н., Яковицкий И.Л., Маслак В.Н. Система поддержки принятия решений оперативного управления и проектирования СПРВ // Системный анализ, управление и информационные технологии. Вестник Харьковского государственного политехнического университета. -   Харьков: Харьков. политехн. гос. ун-т. - 2000. - №97. - С.84-88.
25. Волобуев А.А., Рябченко И.Н., Суховеева Н.И. Оперативное управление районными водораспределительными сетями с использованием систем поддержки принятия решений – эффективный путь снижения коммунальных платежей // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып.43. - К.: Техніка, 2002. - С.170-173.
26. Рябченко И.Н. Сравнительный анализ многошаговой схемы обобщенного математического программирования с традиционными методами оптимизации при автоматизированном управлении потокораспределением в СПРВ // Адаптивні системи автоматичного управління. Міжвідомчий науково-технічний збірник. Вип. 5(25) – Дніпропетровськ: Системні технології, 2002. – С.65-71.
27. Рябченко И.Н., Руденко О.Г., Буслик Н.Н. Системы управления базами данных как эффективный инструментарий учета объектов городской инфраструктуры // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып.41.  – К.: Техніка, 2002. – С.27-31.
28. Рябченко И.Н. Математическая модель принятия решений при автоматизированном управлении потокораспределением в инженерных сетях // Вісн. Кн. палати. – 2003. - № 8(85). – С.28-30.
29. Рябченко И.Н., Руденко О.Г. Векторный критерий в задачах оперативного управления потоками воды // Информационно-управляющие системы на железнодорожном транспорте. -  Харьков: Изд. Гос. дирекции железных дорог Украины. - 2002.- №1.- С.50-52.
30. Рябченко И.Н., Карпенко Н.Ю., Суховеева Н.И. Использование методов топологического анализа для эффективной локализации аварий в водораспределительных сетях // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып.36. - К.: Техніка, 2002. - С.259-262.
31. Рябченко И.Н. Автоматизация процесса формирования расчетных баз данных как способ повышения эффективности в процессе принятия решений // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып.8  - К.: Техника. - 1997. - С.89-90.
32. Рябченко И.Н., Маслак В.Н., Холодная Т.А. Аппроксимация потерь воды при авариях на водораспределительных сетях // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып.10  -  К.: Техніка, 1997. - С.137-139.
33. Рябченко И.Н. Некоторые вопросы разработки эффективной стратегии оперативного управления системами водоснабжения // Коммунальное хозяйство городов: Науч. - техн. сб. Вып.16 - К.: Техніка, 1998. - С.68-70.
34. Рябченко И.Н., Холодная Т.А., Яковицкий И.Л. Ранжирование допустимых решений локализации аварийных ситуаций на инженерных сетях // Сб. Научн. Тр. по материалам 5-й международной конференции “Теория и техника передачи, приема и обработки информации”. – Харьков: ХТУРЭ, 1999. - С.431-434.
35. Рябченко И.Н., Евдокимов А.Г. Проблемы рационального управления инженерными сетями. // Всесоюзная научно-техническая конференция “Разработка и внедрения АСУ водоснабжения и водоотведением в городах”: Тез. докладов. – Краснодар, 1990. – С.11-14.
36. Рябченко И.Н., Евдокимов А.Г., Самойленко Н.И. САПР систем подачи и распределения воды // 4-я Всесоюзная школа "Проектирование автоматизированных систем контроля и управления сложными объектами": Тез. докладов. – Туапсе, 1990. - С.29-30.
37. Рябченко И.Н., Кауров Л.Г., Стацюк Л.В. Математические методы анализа и прогнозирования динамики  развития процессов // II-я Всесоюзная конференция "Методы  представления и обработки случайных сигналов и полей": Тез. докладов.  – Харьков, 1991. - С.218-219.
38. Рябченко И.Н. Ресурсосберегающие технологии оперативного управления системами подачи и распределения воды в аварийных ситуациях // Международная научно-практическая конференция "Проблемы и перспективы ресурсосбережения в жилищно-коммунальном хозяйстве": Тезисы докладов. – Харьков, 1995. - С.79.
39. Рябченко И.Н., Маслак В.Н., Гречухин А.В. Экспертная система локализации аварийных ситуаций в  водораспределительных сетях // Международная научно-практическая конференция "Проблемы и перспективы ресурсосбережения в жилищно-коммунальном хозяйстве": Тезисы докладов. – Харьков, 1995. - С.80.

АНОТАЦІЯ