СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО МОНИТОРИНГА СОСТОЯНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ И СИСТЕМ Российский патент 2016 года по МПК G06F19/00 

Изобретение относится к способам ведения комплексного мониторинга состояния динамических объектов и систем.

Изобретение может быть использовано для оценки соответствия установленным нормам и прогнозирования изменений состояния контролируемых динамических объектов, систем и макросистем в различных сферах деятельности, в том числе при глобальном мониторинге состояния окружающей среды, в робототехнике, в системах телеконтроля и распознавания образов, формализации и представления знаний о состоянии динамических объектов, в системах управления различного назначения, информационного обеспечения принятия, контроля исполнения решений.

Комплексный мониторинг представляет собой совокупность организационно-технических мероприятий, включающих наблюдение за состоянием ДС различными средствами, оценку состояния по измеренным значениям параметров состояния и прогнозирование изменений состояния под воздействием природных и антропогенных факторов. При этом разнородность элементов искусственного и естественного происхождения, формирующих структуру и состав, а также совокупность свойств и характеристик окружающей среды, в полной мере дает основание считать ее динамической системой высшего уровня иерархии.

Одной из основных задач любого вида мониторинга является своевременное обеспечение органов управления состоянием динамических систем - контролируемых объектов - достоверной информацией, позволяющей оценить параметры состояния, выявить причины, тенденции и определить последствия наблюдаемых изменений, создать предпосылки для определения комплекса организационно-технических мероприятий по исправлению возникающих негативных ситуаций до того, как будет нанесен ущерб [1. Микрюков В.Ю. Безопасность жизнедеятельности. - Феникс, Ростов-на-Дону, 2007, с. 346].

Для осуществления локального мониторинга используют мобильные станции и стационарные центры (посты) контроля по различным физическим полям, а для регионального мониторинга помимо средств локального мониторинга используются вертолеты, самолеты и космические аппараты, осуществляющие слежение за состоянием земной поверхности, минерально-сырьевых ресурсов недр, сохранностью животного и растительного мира и т.д. [2. Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология. - Феникс, Ростов-на-Дону, 2007, с. 531-533, с. 586, с. 589].

Кроме того, в настоящее время на основе использования технологий предупреждения ведутся разработки перспективных способов и систем комплексного мониторинга, предполагающих сопряжение существующих разнородных систем мониторинга (оперативного контроля) в макросистемы государственного, глобального масштаба. Так, например, в [3. Патент на изобретение, Россия, №2296421, МПК Н04В 7/185, 2007] предложена система автоматизированного контроля состояния потенциально опасных объектов Российской Федерации в интересах обеспечения защиты от техногенных, природных и террористических угроз. В процессе разработки и использования подобных систем основными проблемными вопросами являются отсутствие или неэффективность используемых способов для преодоления различий при получении, преобразовании, представлении и интерпретации информации. Наличие указанных различий вызывает трудности при сопряжении средств и систем различных видов мониторинга, назначения, организационной принадлежности. Также причинами невысокой эффективности функционирования существующих средств и систем мониторинга являются ограниченный набор функциональных возможностей их методического обеспечения, аппаратно-программного комплекса (АПК). Следствием этого является низкая оперативность или отсутствие возможностей адаптации свойств АПК в случаях оперативного изменения заданий, типов, комплектации, структуры наблюдаемых объектов, условий их функционирования, объема и содержания информации, поступающей от них для решения задач по обработке разнородных данных с целью оценивания состояния динамических систем или их элементов, именно, в процессе выполнения ими задач по предназначению в масштабе времени, близком к реальному.

В настоящее время предложено несколько способов комплексного мониторинга. Так, например, известны способы комплексного мониторинга населенного пункта [4. Патент на изобретение, Россия, №2217804, МПК G09B 29/00, G01C 11/00, 2003. 5. Патент на изобретение, Россия, №2234085, МПК G01N 33/00, G01N 33/18, 2004], включающие дистанционное зондирование (космическую и/или аэросъемку в видимом и инфракрасном спектрах электромагнитного излучения) и взятие проб, передачу результатов дистанционного зондирования и проб в центр обработки, дешифрирование фотоснимков и анализ проб, обработку результатов и оценку состояния населенного пункта или земной поверхности. Недостатками указанных способов являются:

- отсутствие у средств систем мониторинга способности по оперативной адаптации функциональных возможностей при изменении типов, структуры наблюдаемых объектов, условий их функционирования, объема и содержания информации, поступающей от них для решения задач по обработке разнородных данных при оценивании состояния объектов;

- большие временные затраты на ввод исходных данных, доставку, обновление измерительной информации, ее обработку для оценки состояния населенного пункта или земной поверхности и оперативного прогнозирования изменений их состояния.

Известен способ комплексного мониторинга окружающей среды региона [6. Патент на изобретение, Россия, №2369866, МПК G01N 33/00, 2008], включающий ввод исходных данных в АПК средств мониторинга (контроля), осуществление измерений значений контролируемых параметров состояния дистанционными и контактными методами, их обработку, формирование результатов на каждом средстве по нескольким видам мониторинга (контроля) в форме протоколов, содержащих текстовую часть и цветографический образ состояния объекта контроля, затем передают протоколы в центр обработки и управления, где их объединяют и представляют результаты комплексного мониторинга в форме протоколов, содержащих объединенный цветографический образ состояния объекта по осуществленным видам мониторинга (контроля). Недостатками данного способа являются: отсутствие возможности обновления исходных данных, требуемых для оценивания динамики параметров состояния окружающей среды в пределах поля допуска в цикле мониторинга и, как следствие, ограниченная пригодность (неактуальность) результатов прогнозирования изменений состояния окружающей среды для предупреждения возникновения и развития чрезвычайных или нештатных ситуаций; возможность применения способа для решения только ограниченной, запланированной совокупности задач и, как следствие, недостаточная пригодность для получения комплексной оценки, тенденций изменений состояния окружающей среды или ее элементов (с учетом синергетических эффектов).

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявленного способа является способ [7. Патент на изобретение, Россия, №2459245, МПК G06F 19/00, 2010], позволяющий провести комплексное оценивание состояния многопараметрических объектов и его изменений по разнородной измерительной информации, полученной при осуществлении различных видов мониторинга. Указанный способ включает предварительное (до начала измерений) заполнение базы данных базы знаний (локальных баз знаний) исходными данными о значениях границ интервалов допустимых значений параметров состояния и правилами формирования значений показателей соответствия (не соответствия), проведение измерений дистанционными и контактными методами, сбор данных о измеренных значениях параметров состояния, их обработку и оценку динамичности изменений характеристик наблюдаемого объекта, формирование на каждом средстве контроля, передачу данных и одновременное представление результатов мониторинга в центре обработки и управления в виде цветографического образа состояния многопараметрического объекта.

Недостатками указанного способа являются:

- возможность применения способа для решения только ограниченной, запланированной совокупности задач и, как следствие, недостаточная пригодность для получения комплексной оценки, тенденций изменений состояния многопараметрических объектов с учетом взаимовлияния параметров, а также с целью оперативного и своевременного выявления источников аномального функционирования;

- отсутствие функциональных возможностей у средств ведения мониторинга для осуществления дистанционной и целевой адаптации их программно-аппаратной конфигурации с целью оперативного решения варьируемой в зависимости от ситуации, совокупности и содержания задач оценивания состояния объекта при его функционировании, в случаях изменения состава элементов и его структуры, характеристик массивов разнородных данных, получаемых в процессе мониторинга, а также при необходимости дополнительной интеллектуальной обработки разнородных данных о состоянии ДС;

- недостаточная защищенность данных, содержащихся в передаваемых сообщениях о результатах мониторинга состояния контролируемых объектов от несанкционированного вскрытия;

- отсутствие возможностей определения в ЦОУ значений числовых характеристик тенденций и форм изменения в пределах интервала допустимых значений контролируемых параметров в течение одного цикла мониторинга;

- большие затраты ресурсов на изменение содержания баз правил и данных, связанных с необходимостью прерываний процесса мониторинга для передислокации или для ввода в АПК средств осуществления мониторинга с целью обновления исходных данных, правил для решения новых задач оценивания, и, как следствие, возможная потеря части измерительной информации, и ограниченная достоверность результатов оценки и прогнозирования изменений состояния контролируемых ДС для формирования управляющих воздействий, необходимых для корректировки значений характеристик наблюдаемых объектов и/или реализации технологий своевременного предупреждения о возможных угрозах.

Задачами настоящего изобретения являются:

- расширение функциональных возможностей способа комплексного мониторинга, обеспечивающее адресную, дистанционную адаптацию программно-аппаратной конфигурации средств осуществления комплексного мониторинга с целью получения в требуемый момент времени измерительной информации, необходимой для решения новой совокупности задач оценивания состояния динамических систем в процессе их функционирования;

- обеспечение возможности определения в центре обработки и управления значений числовых характеристик тенденций и форм изменения в пределах интервала допустимых значений контролируемых параметров динамических систем в течение одного цикла мониторинга;

- повышение защищенности данных, содержащихся в передаваемых от средств в центр обработки и управления сообщениях о результатах мониторинга состояния контролируемых объектов от несанкционированного вскрытия их содержания.

Технический результат заключается:

- в расширении функциональных возможностей способа комплексного мониторинга, а именно в придании способу новых свойств, обеспечивающих адресную, дистанционную адаптацию программно-аппаратной конфигурации средств осуществления мониторинга с целью получения в требуемый момент времени измерительной информации, необходимой для решения новой совокупности задач оценивания состояния динамических систем в процессе их функционирования;

- в обеспечении возможностей определения в центре обработки и управления значений числовых характеристик тенденций и форм изменения в пределах интервала допустимых значений контролируемых параметров динамических систем в течение одного цикла мониторинга;

- в повышении защищенности данных, содержащихся в передаваемых от средств в центр обработки и управления сообщениях о результатах мониторинга состояния наблюдаемых объектов от несанкционированного вскрытия.

Решение поставленной задачи и получение технического результата обеспечивается введением в известный способ новых действий и изменением порядка формирования, формы передачи результатов оценивания состояния ДС, что существенно отличает предлагаемый от известных способов, а именно:

- до начала мониторинга вводят в систему измерений средств мониторинга логический коммутирующий модуль, т.е. диспетчер, с помощью которого управляют частотой опроса модулей измерения значений параметров состояния, формированием (выбором), функционированием выбранной из имеющейся на средстве совокупности измерительных модулей и модуля преобразования в заданную форму измеренных значений параметров состояния контролируемой O_i (или ее элементов);

- на основе анализа задач комплексного мониторинга и/или содержания, динамичности развития ситуаций определяют состав отсутствующих в базе знаний (БЗ), но необходимых для решения оперативных задач комплексного оценивания состояния объектов новых данных и процедур интеллектуальной обработки измеренных значений параметров состояния контролируемой динамической системы O_i (i-номер типа или комплектации динамической системы) до их ввода в базы знаний средств мониторинга;

- нумеруют новые процедуры (совокупность правил) интеллектуальной обработки измеренных значений параметров состояния O_i до их ввода в базы знаний средств мониторинга;

- вводят в базы правил баз знаний средств мониторинга до начала измерений пронумерованные процедуры интеллектуальной обработки измеренных значений параметров состояния O_i;

- формируют в аппаратно-программном комплексе центра обработки и управления до начала измерений значений параметров блокматрицы-задания каждому средству мониторинга на контроль и оценивание состояния O_i. При этом в состав блокматрицы-задания включают:

- подматрицу-задание на измерение, в элементах которой располагают: данные, необходимые при формировании состава модулей, предназначенных для проведения измерений значений совокупности новых параметров, по которым уточняют состояние O_i; данные о значениях частот опроса новых параметров состояния;

- подматрицу-задание на изменение содержания БЗ и/или порядка использования процедур интеллектуальной обработки измеренных значений параметров состояния O_i, в элементах которой располагают значения границ интервалов допустимых значений новых контролируемых параметров, номера новых процедур и файлы, в состав которых включают новые процедуры, с помощью которых в процессе мониторинга определяют значения оценок новых параметров и/или интегральных характеристик O_i. Кроме этого в элементы подматрицы-задания на изменение БЗ вводят значения идентификаторов вида действий (исключение, замена, дополнение), осуществляемых при целевом изменении содержимого базы знаний, а также включают значения идентификаторов приоритетов, с помощью которых при необходимости организовывают прерывание текущего процесса решения задач и/или устанавливают новый порядок использования процедур обработки данных о параметрах состояния наблюдаемой динамической системы O_i;

- подматрицу-задание на изменение пространственно-временных характеристик состояния средства в процессе осуществления мониторинга, в элементах которой располагают служебную информацию, необходимую для организации управления во времени местоположением и действиями средства;

- формируют и вводят в базу правил базы знаний средств мониторинга до начала измерений значений параметров правила интерпретации и отображения заданий, правила разделения блокматрицы-задания на подматрицы-задания, их копирования и формирования сообщений о результатах мониторинга;

- формируют и вводят в базу правил ЦОУ до начала измерений значений параметров правила интерпретации и отображения сообщений, полученных от средств мониторинга;

- формируют и вводят в базу правил средств мониторинга до начала измерений значений параметров состояния, правила управления использованием процедур интеллектуальной обработки, позволяющие в соответствии с значениями приоритетов изменять последовательность выполнения вычислительных операции и/или операций логического формирования значений характеристик (например, среднее значение, дисперсия, значение интеграла, коэффициенты регрессии, зафиксировать факты переключений или срабатывания и т.п.) в процессе решения задач мониторинга;

- формируют и вводят в базу правил средств мониторинга до начала измерений правила формализации результатов измерений и их преобразования в заданную форму, правила оценивания преобразованных измеренных значений и сравнения полученных значений оценок с допустимыми значениями;

- формируют и вводят в базу правил средств мониторинга до начала измерений, правила изменения в соответствии с значениями приоритетов и идентификаторов вида действий состава процедур интеллектуальной обработки измеренных значений;

- передают по линиям связи от каждого средства мониторинга сообщения в ЦОУ, содержащие результаты оценивания состояния O_i после их формирования в виде матриц фактического состояния, в элементах которых располагают безразмерные значения показателей соответствия (несоответствия) фактических и допустимых значений параметров состояния O_i контролируемых средством, а также значения фиктивных показателей несоответствия;

- после получения матрицы фактического состояния в ЦОУ вычисляют реальные значения контролируемых параметров, для чего выполняют операцию умножения значений фиктивных показателей несоответствия на значение верхней границы допуска;

- до начала дополнительных измерений в базу правил базы знаний средств осуществления мониторинга вводят правила управления использованием процедур интеллектуальной обработки измеренных значений, правила преобразования измеренных значений в заданную форму, правила оценивания преобразованных значений и сравнения полученных значений оценок параметров состояния динамической системы с допустимыми значениями, правила изменения состава процедур интеллектуальной обработки измеренных значений, идентификаторы вида действий и их уровней приоритета при выполнении операций обработки данных и изменении содержимого базы знаний;

- в требуемый момент реального времени дистанционно настраивают программно-аппаратную конфигурацию средств осуществления мониторинга на получение и обработку дополнительной информации, необходимой для решения новой совокупности задач интеллектуальной обработки разнородных данных о параметрах контролируемой динамической системы, для этого в центре обработки и управления формируют содержание задания средству мониторинга состояния динамической системы;

- преобразовывают в аппаратуре приема-передачи данных сообщение, содержащее блокматрицу-задание, преобразованное сообщение передают в модуль ввода-вывода, где выделяют из блокматрицы-задания и копируют подматрицы-задания, после этого копию выделенной подматрицы-задания на измерение передают в диспетчер системы измерения, а блокматрицу-задание в базу правил, затем в диспетчере формируют состав требуемой совокупности измерительных модулей, посредством которых затем осуществляют измерения значений контролируемых параметров с заданной частотой, после этого результаты измерений передают в модуль преобразования, где получают значения и формируют файлы преобразованных измеренных значений параметров в заданной форме, затем из сформированных файлов формируют матрицу преобразованных измерений, которую передают в базу данных, затем в соответствии с правилами управления файлы передают в модуль интеллектуальной обработки и оценивания, где по совокупности введенных новых процедур, идентификаторов приоритетов и видов действий, номера и значения которых указаны в задании, вычисляют по преобразованным значениям значения оценок параметров и/или интегральных характеристик динамической системы, затем их сравнивают с допустимыми, вычисляют значения и формируют матрицу безразмерных показателей соответствия (несоответствия) оцененных и допустимых значений контролируемых параметров состояния динамической системы, затем передают матрицу безразмерных показателей в модуль ввода-вывода, в котором включают ее в содержание сообщения о фактическом состоянии динамической системы, которое через аппаратуру приема-передачи данных передают в аппаратно-программный комплекс центра обработки и управления;

- формируют в конце осуществленного цикла комплексного мониторинга на каждом из группировки средств мониторинга, отображают и сохраняют образ состояния O_i по данным, содержащимся в элементах матрицы фактического состояния.

На фиг. 1 представлена схема осуществления заявляемого способа, на которой показаны: аппаратно-программный комплекс центра обработки и управления - 1; линии связи - 2; сообщение, включаемое в комплексный сигнал и содержащее задание средству мониторинга - 3; средство мониторинга - 4; аппаратура приема-передачи данных средства мониторинга - 5; блокматрица-задание средству мониторинга - 6; подматрица-задание на измерение - 7; подматрица-задание на изменение содержимого БЗ и порядка использования процедур интеллектуальной обработки измеренных значений параметров состояния контролируемого объекта - 8; подматрица-задание на изменение пространственно-временных характеристик состояния средства в процессе осуществления мониторинга - 9; база знаний - 10; модуль ввода-вывода - 11; система измерений - 12; диспетчер системы измерений - 13; база правил - 14; блок измерительных модулей - 15; объект O_i мониторинга - динамическая система - 16; результаты измерений 17; преобразователь измеренных значений - 18; матрица преобразованных значений - 19; база данных - 20; модуль интеллектуальной обработки - 21; матрица показателей соответствия фактических и допустимых значений параметров состояния, сформированная на η-том средстве осуществления мониторинга - 22; сообщение о фактическом состоянии объекта мониторинга - 23; комплексный сигнал, содержащий сообщение о результатах мониторинга - 24.

В таблице 1 представлен вариант структуры, состава компонентов и содержания элементов блокматрицы-задания средству мониторинга, имеющего номер η в группировке средств, привлекаемых для наблюдения за изменениями и оценивания состояния O_i.

Для проведения в интервале времени комплексного оценивания и прогнозирования изменений состояния O_i привлекается группировка средств, каждое из которых может осуществляться дистанционным и/или контактным способом один или несколько , видов мониторинга или контроля.

В соответствии с заявляемым способом до назначенного ЦОУ момента начала очередного цикла мониторинга на средствах его осуществления из состава группировки выполняют отсутствующие в аналогах и прототипе следующие действия:

- в зависимости от ситуации, типа или комплектации контролируемой динамической системы O_i анализируют состав множества имеющихся процедур , , определяют состав требуемых для решения оперативных задач. После этого в соответствии с правилами управления процессом комплексного оценивания вводят в базы правил баз знаний средств мониторинга отсутствующие, но необходимые для оценивания состояния O_i пронумерованные процедуры , ξ=1, 2, … интеллектуальной обработки массивов измеренных значений параметров состояния. Вариант состава и физический смысл модифицированного множества процедур интеллектуальной обработки представлен в таблице 2;

- формируют в аппаратно-программном комплексе центра обработки и управления блокматрицы-задания , η=1, 2, …, η^* каждому средству мониторинга на проведение контроля и оценивания состояния O_i (или ее элементов) с учетом функциональных возможностей средств по осуществлению совокупности видов мониторинга. При этом в состав блокматрицы-задания включают:

- подматрицу-задание на измерение, в элементах одной из строк которой располагают: единицы «1», «2», если параметр подлежит измерению или вычислению, нули «0» в противном случае; значения частот опроса , модулей измерения параметров состояния;

- подматрицу-задание на изменение содержания базы знаний и порядка использования процедур интеллектуальной обработки массивов измеренных значений параметров состояния , в элементах которой располагают номера новых процедур , значения границ интервалов , допустимых изменений новых контролируемых параметров и/или интегральных характеристик , , файлы , содержащие новые процедуры программного обеспечения интеллектуальной обработки данных о состоянии O_i.

Кроме этого в элементы подматрицы-задания на изменение БЗ вводят значения , идентификаторов вида действий (исключение - 1, замена - 2, дополнение - 3, …), осуществляемых при целевом изменении содержимого базы знаний;

- подматрицу-задание на изменение пространственно-временных характеристик состояния средства в процессе осуществления мониторинга, в элементах которой располагают служебную информацию, необходимую для организации управления во времени местоположением и действиями средства;

- вводят в базу правил базы знаний средств мониторинга правила интерпретации и отображения получаемых заданий, разделения блокматрицы-задания на подматрицы-задания, их копирования и формирования сообщений о результатах мониторинга;

- вводят в базы правил средств мониторинга, правила управления процессом использования и выполнения процедур интеллектуальной обработки измеренных значений, позволяющих выполнять вычислительные операции и/или логически сформировать значение оценки контролируемой характеристики O_i (например, среднее значение, дисперсия, значение интеграла, коэффициенты регрессии, максимальное и/или минимальное значение в выборке, зафиксировать факт срабатывания и т.п.);

- вводят в базу правил базы знаний средств мониторинга правила преобразования измеренных значений в заданную форму, правила оценивания преобразованных значений, правила сравнения полученных значений оценок с установленными нормами;

- вводят в базу правил базы знаний средств мониторинга правила изменения (исключения, замены, дополнения) состава процедур интеллектуальной обработки измеренных значений;

- вводят в систему измерений средств мониторинга модуль диспетчера, с помощью которого управляют частотой опроса модулей измерения значений параметров состояния, выбором, функционированием выбранной совокупности измерительных модулей, а также функционированием модуля преобразования в заданную форму измеренных значений параметров состояния контролируемой динамической системы;

- после завершения формирования результаты комплексного мониторинга передают в АПК ЦОУ по линиям связи от каждого средства мониторинга в форме сообщения, содержащего матрицу фактического состояния, в элементах которой располагают значения показателей соответствия (несоответствия) фактических и допустимых значений параметров состояния O_i контролируемых средством, а также значения фиктивных показателей несоответствия. При этом значения показателей соответствия фактических и допустимых значений параметров состояния O_i являются результатами выполнения операций логического присвоения «1» и деления значений физических величин, имеющих одинаковую размерность, то есть безразмерными величинами.

В соответствии с предлагаемым способом в штатных и различных нештатных ситуациях, возникающих в процессе наблюдения и контроля состояния O_i, в случаях необходимости осуществления оперативной адаптации функциональных возможностей средств комплексного мониторинга для решения в масштабе времени, близком к реальному, совокупности новых задач оценивания состояния динамической системы при изменениях ее типа (например, при оперативной переориентации на другой объект), программно-аппаратной конфигурации (например, при разделении объекта на составные части), при изменениях условий функционирования, характеристик массивов информации, получаемых от них, а также при необходимости оперативной, дополнительной интеллектуальной обработки разнородных данных при решении задач оценивания, прогнозирования и формирования результатов мониторинга выполняют следующие действия.

От АПК ЦОУ 1 по линиям связи 2 передают комплексный сигнал 3, в содержание которого включают блокматрицу-задание средству осуществления мониторинга 4, имеющему номер-η, где сигнал 3 получают и преобразовывают в аппаратуре приема-передачи данных 5 в сообщение 6, содержащее:

- подматрицу-задание 7 на проведение измерений, в элементах одной из строк которой располагают единицы «1», так как параметры с такими же номерами подлежат измерению, нули - в остальных элементах;

- подматрицу-задание 8 на изменение содержимого базы знаний и порядка использования процедур интеллектуальной обработки измеренных значений контролируемых параметров, в элементах которой располагают:

- номера , вновь вводимых процедур ;

- новые значения границ интервалов , допустимых изменений новых контролируемых параметров;

- файлы , содержащие новые процедуры программного обеспечения интеллектуальной обработки измеренных значений параметров состояния контролируемой динамической системы O_i или ее элементов;

- подматрицу-задание 9 на изменение пространственно-временных характеристик состояния средства в процессе осуществления мониторинга, содержащую служебную информацию для управления пространственно-временным состоянием средства, в элементах которой располагают данные о времени начала, окончания и представления в ЦОУ результатов комплексного мониторинга, идентификаторы типа, координаты местоположения средств и объекта комплексного мониторинга в момент .

По содержащимся в базе правил 14 правилам управления процессом комплексного оценивания состояния O_i преобразованное сообщение 6 передают в модуль ввода-вывода 11, в котором интерпретируют информацию, содержащуюся в 6, выделяют и копируют подматрицы 7, 8, 9, после этого копию подматрицы 7* передают в систему измерений 12 в диспетчер 13, а копии подматриц 7*, 8*, 9* в базу правил 14 базы знаний 10.

В диспетчере 13 анализируют содержимое подматрицы 7* и в соответствии с правилами формирования, по совокупностям номеров элементов, содержимое которых равно 1, формируют требуемый состав из имеющихся на средстве измерительных модулей 15, посредством которых измеряют значения параметров , ; контролируемой O_i - 16. Затем результаты измерений 17 передают в модуль преобразования 18, где получают значения и формируют файлы преобразованных физических величин (параметров) в заданной форме, затем из файлов F_i формируют матрицу 19, которую передают в базу данных 20. Затем в соответствии с правилами управления файлы передают в модуль интеллектуальной обработки и оценивания 21, где по совокупности процедур , последовательность выполнения которых указана в подматрице-задании 8* , вычисляют совокупность значений оценок параметров и/или интегральных характеристик по их измеренным и преобразованным значениям, затем каждое из вычисленной совокупности значений оценок сравнивают путем соотнесения с значениями границ интервалов допустимых значений, определяют значения и формируют матрицу 22 показателей , , i=const, соответствия (несоответствия) оцененных и допустимых значений контролируемых параметров состояния O_i по правилам:

где - показатели несоответствия фактических и допустимых значений параметров состояния O_i, контролируемых средством, имеющих номер j;

- фиктивные показатели несоответствия фактических и допустимых значений параметров состояния O_i, используемые при определении реальных (в десятичной системе счисления) значений числовых характеристик, а также при графическом отображении тенденций и формы изменения контролируемых параметров в пределах интервала их допустимых значений в с^ом цикле мониторинга. Для определения реальных значений параметров выполняют операцию умножения значения фиктивного показателя несоответствия из элемента, имеющего такой же номер столбца, но расположенного в другой строке матрицы фактического состояния, на значение верхней границы интервала допустимых значений;

- показатели соответствия фактических и допустимых значений параметров состояния O_i контролируемых средством, используемые при формировании и отображении графического образа состояния O_i (или ее элементов);

- фактические (оцененные) значения параметров состояния O_i, контролируемых средством;

- значения верхних границ интервалов допустимых значений параметров состояния O_i, контролируемых средством;

- значения нижних границ интервалов допустимых значений параметров состояния O_i, контролируемых средством.

Вид матрицы и вариант содержимого ее элементов представлены в таблице 3.

Затем передают матрицу 22 показателей в модуль ввода-вывода 11, в котором включают ее в содержание сообщения 23 о фактическом состоянии контролируемой O_i 16, которое через аппаратуру приема-передачи данных 5 по линиям связи 2 передают в виде комплексного сигнала 24 в АПК ЦОУ 1, где преобразовывают и представляют в требуемой форме, например в виде графического образа состояния O_i и текстовой части, содержащей данные о времени проведения, о координатах местоположения контролируемого объекта, средств мониторинга, а также зафиксированные абсолютные отклонения значений параметров от установленных норм. При этом значения фиктивных показателей несоответствия фактических и допустимых значений параметров состояния O_i используют при необходимости определения и представления реальных значений числовых характеристик, а также при графическом отображении тенденций и форм изменений во времени контролируемых параметров в пределах интервала их допустимых значений.

Таким образом, после завершения формирования результаты различных видов мониторинга передают в ЦОУ по линиям связи от каждого средства мониторинга в форме матрицы фактического состояния , в элементах которой располагают значения показателей соответствия (несоответствия), фиктивного несоответствия, указанной в задании совокупности параметров состояния O_i контролируемых средством, имеющим номер η в группировке привлекаемых средств мониторинга. После получения матриц фактического состояния выполняют операцию их суммирования и получают матрицу фактического состояния динамической системы по всем осуществленным видам мониторинга (контроля) всеми средствами в с^ом цикле мониторинга, имеющего длительность . Так как значения показателей соответствия фактических и допустимых значений параметров состояния O_i являются результатами выполнения операций присвоения «1» и деления величин одной размерности, а следовательно безразмерными величинами, то без точного знания правил формирования значения показателей, значений границ интервалов допустимых значений и фактических (оцененных) значений параметров состояния O_i определение физического смысла, установление единиц измерений, видов осуществленного контроля, типа объекта, средств и количества проведенных измерений существенно затруднено и, в большинстве случаев, не представляется возможным. Затруднения вызваны тем, что одно и тоже значение показателей δ_ij можно получить в результате деления бесконечно большого ряда чисел. Например:

Следовательно, выполнение операций перебора значений делимого и делителя для определения реальных значений становится бессмысленным.

Таким образом, совокупность существенных признаков предлагаемого способа комплексного мониторинга состояния динамических систем проявляет новые свойства способа, заключающиеся в том, что:

- в системах измерения средств мониторинга обеспечивается возможность оперативно и целенаправленно варьировать количеством измеряемых величин (параметров состояния объектов) и количеством измерений, что существенно влияет на достоверность результатов мониторинга и, следовательно, на качество принимаемых решений;

- в случайный или в заданный момент реального времени обеспечивается возможность организации прерываний текущих процессов оценивания состояния динамической системы, ее элементов, подсистем для оперативной переориентации (настройки) программно-аппаратной конфигурации средств мониторинга на решение новой, случайной по составу и/или содержанию совокупности задач;

- обеспечивается приоритетное, целенаправленное изменение состава и содержания процедур обработки разнородных данных о состоянии контролируемой динамической системы;

- обеспечивается повышение автономности функционирования и сокращение времени процесса обучения средств и систем мониторинга;

- обеспечивается повышение защищенности данных, содержащихся в передаваемых от средств в ситуационный центр (ЦОУ) сообщениях о результатах мониторинга состояния O_i от несанкционированного вскрытия их содержания.

Указанные свойства существенно расширяют функциональные возможности способа.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, идентичных всем признакам заявляемого технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявляемого изобретения критерию охраноспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными признаками заявляемого способа, показали, что в общедоступных источниках информации не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками.

Из уровня техники также не подтверждена известность влияния отличительных признаков заявляемого изобретения на указанный заявителем технический результат, следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».

То есть задачи расширения функциональных возможностей способа для обеспечения оперативной адаптации аппаратно-программной конфигурации средств и систем осуществления мониторинга, обеспечения возможности определения в центре обработки и управления числовых характеристик тенденций и форм изменения в пределах интервала допустимых значений контролируемых параметров динамических систем в течение одного цикла мониторинга, а также задача повышения защищенности данных, содержащихся в передаваемых от средств в центр обработки и управления сообщениях о результатах мониторинга состояния динамических систем (или ее элементов) от несанкционированного вскрытия решены.

Список литературы

1. Микрюков В.Ю. Безопасность жизнедеятельности. - Феникс, - Ростов-на-Дону, 2007, с.346.

2. Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология. - Феникс, Ростов-на-Дону, 2007, с.531-533, с.586, с.589.

3. Патент на изобретение, Россия, №2296421, МПК H04B 7/185, 2007.

4. Патент на изобретение, Россия, №2217804, МПК G09B 29/00, G01C 11/00,2003.

5. Патент на изобретение, Россия, №2234085, МПК G01N 33/00, G01N 33/18, 2004.

6. Патент на изобретение, Россия, №2369866, МПК G01N 33/00, 2008.

7. Патент на изобретение, Россия, №2459245, МПК G06F 19/00, 2010.

Изобретение относится к способам ведения комплексного мониторинга состояния динамических объектов и систем. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей средств и систем мониторинга, а именно в придании им новых свойств, которые обеспечивают дистанционную, целенаправленную адаптацию их программно-аппаратной конфигурации для решения в требуемый момент времени новой совокупности задач интеллектуальной обработки разнородных данных о параметрах контролируемых динамических систем в процессе их функционирования; в повышении защищенности данных, содержащихся в передаваемых от средств в центр обработки и управления (ЦОУ) сообщениях о результатах мониторинга состояния контролируемых объектов. До начала измерений формируют в аппаратно-программном комплексе (АПК) ЦОУ блокматрицу-задание каждому средству мониторинга на контроль состояния динамической системы или объекта. При этом в состав блокматрицы-задания включают: подматрицу-задание на измерение значений требуемой совокупности параметров состояния контролируемого объекта; подматрицу-задание на изменение содержимого базы знаний и порядка использования новых процедур интеллектуальной обработки измеренных значений параметров объекта; подматрицу-задание на изменение пространственно-временных характеристик состояния средства в процессе осуществления мониторинга. До начала дополнительных измерений в базы данных и правил баз знаний средств осуществления мониторинга по каналам связи вводят блокматрицу-задание, содержащую следующие данные: пронумерованные новые процедуры интеллектуальной обработки измеренных значений параметров состояния, правила интерпретации и отображения заданий, правила разделения матрицы-задания на подматрицы-задания и формирования сообщений о результатах мониторинга; правила использования процедур интеллектуальной обработки измеренных значений; правила преобразования измеренных значений в заданную форму; правила изменения состава процедур интеллектуальной обработки измеренных значений; идентификаторы вида действий и значения их уровней приоритета при изменении содержимого базы правил; вводят в систему измерений средств мониторинга модуль диспетчера, с помощью которого управляют частотой опроса параметров, выбором, функционированием выбранной совокупности измерительных модулей, а также функционированием модуля преобразования измеренных значений параметров состояния динамической системы. При необходимости оценивания состояния в случаях оперативного изменения задания, типов, структуры динамической системы от АПК органа управления по линиям связи передают, а в средстве осуществления мониторинга получают и преобразовывают в аппаратуре приема-передачи данных сообщение, содержащее блокматрицу-задание. Преобразованное сообщение передают в модуль ввода-вывода, где выделяют из сообщения подматрицы-задания и копируют их, после этого копию подматрицы-задания на измерение передают в диспетчер системы измерения, а копию блокматрицы-задания передают в базы правил и данных базы знаний. В диспетчере формируют состав и затем управляют функционированием сформированной совокупности измерительных модулей, которые осуществляют измерения в соответствии с заданной частотой, затем результаты измерений значений параметров состояния передают в модуль преобразования, где получают значения и формируют файлы преобразованных значений в заданной форме, затем из файлов формируют матрицу преобразованных значений, которую передают в базу данных. Затем в соответствии с правилами управления из базы данных файлы передают в модуль интеллектуальной обработки и оценивания, где по совокупности процедур, в соответствии с заданием вычисляют значения оценок параметров и/или интегральных характеристик динамической системы, затем их сравнивают с допустимыми, вычисляют значения и формируют матрицу безразмерных показателей соответствия (несоответствия) и фиктивных показателей несоответствия оцененных и заданных значений контролируемых параметров состояния динамической системы, затем передают матрицу показателей в модуль ввода-вывода, в котором ее включают в содержание сообщения о фактическом состоянии динамической системы, которое через аппаратуру приема-передачи данных передают в виде комплексного сигнала в ЦОУ, где преобразовывают и представляют в требуемой форме. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 10 табл.

1. Способ комплексного мониторинга состояния динамических объектов и систем, заключающийся в том, что до начала измерений вводят в базу знаний центра обработки и управления, средств мониторинга данные о значениях границ интервалов допустимых значений параметров состояния многопараметрического объекта, правила оценивания параметров состояния, правила формирования значений показателей соответствия (несоответствия) оцененных значений установленным нормам, правила формирования и представления результатов комплексного мониторинга динамической системы, затем на средствах мониторинга измеряют дистанционными и контактными методами значения совокупности контролируемых параметров, оценивают значения контролируемых параметров по их измеренным значениям, сравнивают оцененные значения с допустимыми, вычисляют значения показателей соответствия (несоответствия) установленным нормам, формируют в полярной системе координат графический образ состояния динамической системы и текстовую часть, которые включают в содержание результатов по видам мониторинга, осуществленных на средствах, формируют в заданной форме на каждом средстве результаты по осуществленным ими видам контроля, передают их в центр обработки и управления, где совмещают их графические и объединяют текстовые части для одновременного представления результатов оценивания состояния динамической системы, отличающийся тем, что до начала проведения дополнительных измерений проводят анализ особенностей процесса функционирования наблюдаемой динамической системы (объекта) и содержания базы знаний средств мониторинга, определяют отсутствующую, но необходимую для углубленного оценивания в требуемый момент реального времени состояния динамической системы совокупность процедур, формируют в аппаратно-программном комплексе центра обработки и управления блокматрицы-задания каждому средству мониторинга на контроль состояния динамической системы или ее элементов, при этом в состав блокматрицы-задания включают подматрицы-задания на проведение дополнительных измерений требуемой совокупности параметров динамической системы, на изменение содержания базы знаний и порядка использования процедур интеллектуальной обработки измеренных значений, на изменение пространственно-временных характеристик состояния средства в процессе осуществления мониторинга, при этом до начала дополнительных измерений в базу правил базы знаний средств осуществления мониторинга вводят новые значения границ интервалов допустимых значений, пронумерованные новые процедуры интеллектуальной обработки измеренных значений новых параметров состояния, правила интерпретации и отображения заданий, разделения блокматрицы-задания на подматрицы-задания, их копирования и формирования сообщений о результатах мониторинга, правила управления процессом измерений значений параметров, правила управления использованием процедур интеллектуальной обработки измеренных значений, правила преобразования измеренных значений в заданную форму, правила оценивания преобразованных значений и сравнения полученных значений оценок параметров состояния динамической системы с допустимыми значениями; правила изменения состава процедур интеллектуальной обработки измеренных значений, идентификаторы вида действий и их уровней приоритета при выполнении операций обработки данных и изменении содержимого базы знаний, вводят в систему измерений средств мониторинга логический коммутирующий модуль - диспетчер, с помощью которого в соответствии с заданием на проведение измерений управляют частотой опроса модулей измерения значений параметров состояния динамической системы, выбором, функционированием выбранной совокупности модулей измерения, а также функционированием модуля преобразования в заданную форму измеренных значений параметров состояния контролируемой динамической системы, в требуемый момент реального времени дистанционно настраивают программно-аппаратную конфигурацию средств осуществления мониторинга на получение и обработку дополнительной информации, необходимой для решения новой совокупности задач интеллектуальной обработки разнородных данных о параметрах контролируемой динамической системы, для этого в центре обработки и управления формируют содержание задания средству мониторинга состояния динамической системы, после чего от аппаратно-программного комплекса центра обработки и управления по линиям связи передают, а в средствах осуществления мониторинга получают и преобразовывают в аппаратуре приема-передачи данных сообщение, содержащее блокматрицу-задание, преобразованное сообщение передают в модуль ввода-вывода, где выделяют из блокматрицы-задания и копируют подматрицы-задания, после этого копию выделенной подматрицы-задания на измерение передают в диспетчер системы измерения, а блокматрицу-задание в базу правил, затем в диспетчере формируют состав требуемой совокупности измерительных модулей, посредством которых затем осуществляют измерения значений контролируемых параметров с заданной частотой, после этого результаты измерений передают в модуль преобразования, где получают значения и формируют файлы преобразованных измеренных значений параметров в заданной форме, затем из сформированных файлов формируют матрицу преобразованных измерений, которую передают в базу данных, затем в соответствии с правилами управления файлы передают в модуль интеллектуальной обработки и оценивания, где по совокупности введенных новых процедур, идентификаторов приоритетов и видов действий, номера и значения которых указаны в задании, вычисляют по преобразованным значениям значения оценок параметров и/или интегральных характеристик динамической системы, затем их сравнивают с допустимыми, вычисляют значения и формируют матрицу безразмерных показателей соответствия (несоответствия) оцененных и допустимых значений контролируемых параметров состояния динамической системы, затем передают матрицу безразмерных показателей в модуль ввода-вывода, в котором включают ее в содержание сообщения о фактическом состоянии динамической системы, которое через аппаратуру приема-передачи данных передают в аппаратно-программный комплекс центра обработки и управления.

2. Способ комплексного мониторинга по п.1, отличающийся тем, что после завершения формирования результаты комплексного мониторинга передают в центр обработки и управления по линиям связи от каждого средства мониторинга в форме матрицы фактического состояния, в элементах которой располагают значения показателей соответствия (несоответствия) и фиктивных показателей несоответствия указанной в задании совокупности фактических и допустимых значений параметров состояния динамической системы, контролируемых конкретным средством, при этом реальные значения контролируемых параметров состояния динамической системы в пределах границ допусков определяют и отображают в центре обработки и управления после получения и сложения матриц фактического состояния, для этого используют следующие правила: если значение показателя равно 1, то выполняют операцию умножения значения фиктивного показателя несоответствия из элемента, имеющего такой же номер столбца, но расположенного в другой строке матрицы фактического состояния, на значение верхней границы интервала допустимых значений.

3. Способ комплексного мониторинга по п.2, отличающийся тем, что графическую и текстовую части протокола результатов комплексного мониторинга, содержащих данные о значениях относительных и абсолютных отклонений от границ допусков параметров динамической системы и рекомендации по действиям сил и средств по их устранению или минимизации возможных последствий функционирования формируют и отображают в центре обработки и управления после прогнозирования изменений значений параметров состояния по совокупности реальных значений параметров состояния динамической системы или объекта, которые включают в содержание элементов матрицы фактического состояния динамических систем или объектов.