Интеллектуальная космическая система для управления проектами

Предлагаемое изобретение относится к области средств и технологий дистанционного зондирования Земли, а именно к применению результатов дистанционного зондирования Земли для управления проектами, в первую очередь проектами по сооружению инфраструктурных объектов.

В качестве ближайшего аналога предлагаемого изобретения может быть выбрана система мониторинга потенциально опасных участков железнодорожного пути и контроля ремонтно-восстановительных и предупредительных работ из патента на полезную модель RU 98 253, Российские железные дороги. Предложенная в RU 98 253 система предусматривает использование средств космической оптической съёмки и радиолокационной съемки, связанных каналами спутниковой связи со средствами приёма и заказа космических съёмок, которые, в свою очередь, соединены с функциональными блоками, которые могут быть рассмотрены в качестве экспертной системы: блоками обработки данных дистанционного зондирования Земли, формирования цифровой карты потенциально опасных участков местности, геоинформационной системы, формирования карты рисков. Система также включает функциональные блоки управления и мониторинга: выдачи приказов по ремонтно-восстановительным и предупредительным работам на пути, выдачи приказов по оперативному управлению движением поездов. На основании результатов космических съёмок данная система позволит организовать проведение строительных работ на железнодорожных путях.

В свою очередь, предлагаемое изобретение позволит расширить область применения результатов дистанционного зондирования Земли, предложив интеллектуальную космическую систему, которая сможет быть эффективно использована при осуществлении проектов, связанных с управлением технологическими объектами различного назначения, в первую очередь при управлении строительными работами.

Предложена интеллектуальная космическая система для управления проектами, содержащая совокупность космических аппаратов дистанционного зондирования Земли, связанных с экспертной системой, обеспечивающей построение модели реализации проекта и контроль текущего состояния исполнения проекта. Экспертная система, в свою очередь, связана с центром мониторинга и управления проектом. Предложено применить экспертную систему на основе нейронной сети Хопфилда, вычислительные средства данной экспертной системы образуют облачную архитектуру.

В экспертной системе, можно выделить пять фрагментов, обеспечивающих управление осуществлением проекта, состоящих из функциональных управляющих блоков (блоков формальных нейронов).

Первый фрагмент включает блоки, связанные с космическими аппаратами дистанционного зондирования Земли, обеспечивающие построение модели реализации проекта на местности, включая отображение его экономических характеристик.

Второй фрагмент включает блоки, обладающие доступом к внешним информационным ресурсам, обеспечивающие выбор, по меньшей мере, одного исполнителя проекта.

Третий фрагмент включает блоки, обладающие доступом к внешним информационным ресурсам, обеспечивающие выбор, по меньшей мере, одного поставщика материальных ценностей для осуществления проекта.

Четвёртый фрагмент включает блоки, обеспечивающие вероятностную модель, основанную на использовании субмартингала относительно естественной фильтрации, для контроля текущего состояния исполнения проекта.

Пятый фрагмент включает блоки, связанные с центром мониторинга и управления проектом и компьютерным устройством заказчика, обеспечивающие оформление и удостоверение сделок, относящихся к проекту.

Нейронная сеть может быть реализована на цифровом, аналоговом, цифро-аналоговом принципах, например, на нейрочипах, нейрокомпьютерах, встраиваемых блоках на различных физических принципах (оптических, квантовых, молекулярных), рабочих станциях, реализующих нейросетевые алгоритмы. Одновременно, структура нейронной сети обеспечивает функционирование облачной архитектуры вычислений.

Практическое использование предложенной интеллектуальной космической системы может быть пояснено на примере управления строительным проектом (см., также, блок схему управления строительным проектом). Данный пример не исключает применение предложенной интеллектуальной космической системы в иных областях хозяйственной деятельности.

Интеллектуальная космическая система состоит из совокупности космических аппаратов дистанционного зондирования Земли в оптическом и/или СВЧ диапазонах, экспертной системы на основе нейронной сети Хопфилда, центра мониторинга и управления проектом. Космические аппараты дистанционного зондирования Земли связаны с экспертной системой линиями беспроводной связи. Дополнительно, в составе предложенной интеллектуальной космической системы могут быть использованы беспилотные летательные аппараты. Средства оптической и/или СВЧ съёмки, которыми оборудованы космические аппараты и, при необходимости, беспилотные летательные аппараты позволяют получить практически полную информацию о контролируемом объекте, в данном случае объекте строительства, включая текущее состояние объекта и работ на нём.

Комплексное использование результатов космической съёмки и средств их интерпретации позволит повысить производительность труда и достоверность контроля в ходе управления проектом. Экспертная система, вырабатывающая коммерческие решения на основе интерпретации данных дистанционного зондирования Земли (четвёртый и пятый фрагменты нейронной сети), связана линиями проводной или беспроводной связи с центром мониторинга и управления проектом, аппаратно-программные средства которого обеспечивают, как непосредственный контроль осуществления проекта, так и взаимодействие с заказчиком работ. То есть, центр мониторинга при помощи предложенной экспертной системы, исключающей использование человеческого фактора, контролирует все процессы, связанные с оценкой и строительством объектов и затратами ресурсов. Ключевой особенностью предложенной системы в целом является способность без участия человека подбирать при выполнении проекта оптимальных поставщиков работ и материальных ценностей.

Экспертная система интеллектуальной космической системы реализована на основе нейронной сети Хопфилда – однослойной сети нейронов, в которой каждый формальный нейрон связан со всеми остальными, реализующей ассоциативный механизм памяти, который может быть эффективно использован в задачах распознавания образов. В сети Хопфилда, используемой в данной экспертной системе, группы формальных нейронов – фрагменты нейронной сети выделены для обеспечения функций, необходимых для практического осуществления строительного проекта. Каждая из пяти групп формальных нейронов – фрагментов нейронной сети взаимосвязана с другими четырьмя фрагментами нейронной сети.

Первый фрагмент включает блоки, обеспечивающие построение модели реализации проекта на местности, используя данные дистанционного зондирования Земли, причём данная модель отображает и экономические (финансовые) характеристики проекта. Второй фрагмент включает блоки, связанные с внешним информационным пространством, например, сетью Интернет, и обеспечивающие выбор, по меньшей мере, одного исполнителя проекта. В свою очередь, третий фрагмент включает блоки, также связанные с внешним информационным пространством, например, сетью Интернет, и обеспечивающие выбор, по меньшей мере, одного поставщика материальных ценностей для осуществления проекта. Поиск оптимальных исполнителей и поставщиков проекта соответствует процессу распознавания образов (задача распознавания образов заключается в поиске (распознавании) вектора x^k, наиболее близкого в заданном смысле к вектору y).

Четвёртый фрагмент включает блоки, обеспечивающие вероятностную модель, основанную на использовании субмартингалов относительно естественной фильтрации, для контроля текущего состояния исполнения проекта. Использование данной математической модели для обработки данных позволит повысить точность контроля состояния выполнения проекта, прогнозирование дальнейших действий связанных с проектом и т.п., используя данные дистанционного зондирования Земли без привлечения для обработки данных мощных аппаратных средств, таких, как например, суперкомпьютеры. Построение четвёртого фрагмента нейронной сети для поддержки принятия решения с использованием предложенной математической модели основано на том, что наличие мартингального свойства для случайной последовательности Mⁿ обеспечивает оценку тренда поведения случайного процесса R_n, что позволяет сделать выводы относительно хода выполнения проекта. При этом, в связи с тем, что непосредственное измерение функционалов оценки расхождения текущего состояния проекта от оценочных значений ΔS_k=F_k(t_k, P_k, S_k), t_k – момент времени исполнения проекта, P_k – плановое и S_k – текущее состояния проекта в момент времени, ΔS_k0, k=0, 1, 2 … N затруднено из отсутствия достоверной информации относительно объективного состояния проекта, становится целесообразным использовать данные космической, а также воздушной съёмки объекта мониторинга.

Случайный процесс Rⁿ, Rⁿ= согласован с естественной фильтрацией, то есть случайная величина Rⁿ является измеримой относительно σ-алгебры F_n, порождённой случайными величинами до момента k. С информационной точки зрения σ-алгебра F_n представляет собой информацию доступную в момент времени t_n. Так как, процесс является согласованным с выбранной фильтрацией и имеет конечные математические ожидания, случайный процесс Rⁿ является субмартингалом относительно естественной фильтрации (процесс Rⁿ можно представить в виде Rⁿ=Mⁿ+Aⁿ, где Mⁿ мартингал относительно фильтрации Φ_T={F_k:kT}, Aⁿ –предсказуемая последовательность измеримая относительно σ-алгебры F_n-1 и являющаяся компенсатором процесса Rⁿ).

Пятый фрагмент включает блоки, связанные с центром мониторинга и управления проектом и компьютерным устройством заказчика, обеспечивающие оформление и удостоверение сделок, относящихся к проекту.

В итоге, совместное использование данных дистанционного зондирования Земли и средств искусственного интеллекта – нейронных сетей позволит автоматизировать процесс выбора поставщиков материалов и исполнителей работ, практически исключив человеческий фактор на этапе формирования цены, определения поставщиков и исполнителей, оценки качества выполнения проекта.

Управление строительным проектом при использовании предложенной системы, основанной на использовании экспертной системы облачной архитектуры на базе сети Хопфилда, осуществляется следующим образом:

- построение модели реализации проекта на местности, в том числе

получение технических характеристик объекта с учётом проектной документации и с применением данных космической съёмки, расчёт количества необходимых материалов и трудоёмкости работ по нормативным данным,

расчёт количества необходимых материалов и трудоёмкости работ по нормативным данным,

анализ необходимого объёма материалов и трудоёмкости с использованием данных космической съёмки и интеллектуального анализа данных (шаг 1);

- формирование предложений для заказчика по оптимальному выбору поставщиков материалов с учётом качества и логистики (шаг 2a);

- формирование предложений для заказчика по оптимальному выбору исполнителей работ с учётом их технического уровня и технологической подготовленности (шаг 2b);

- принятие решения о выборе поставщиков материалов и исполнителей работ на основе сформированных предложений и представлением протоколов расчёта (шаг 3);

- заключение договоров с поставщиками материалов и исполнителями работ (шаг 4);

- непрерывный мониторинг (контроль) хода выполнения работ с использованием методов интеллектуального анализа данных (шаг 5);

- непрерывный мониторинг (контроль) хода выполнения работ с использованием данных дистанционного зондирования Земли (используют вероятностную модель, основанную на использовании субмартингала относительно естественной фильтрации, по построению случайный процесс является согласованным с естественной фильтрацией, то есть случайная величина является измеримой относительно σ-алгебры событий, построенной по спутниковым наблюдениям) с формированием отчётной документации центром мониторинга и управления проектом (центром обработки информации и выдачи рекомендаций) (шаг 6);

- мониторинг работ на основе данных дистанционного зондирования Земли, экономический анализ полученных результатов по тематической обработке данных (шаг 7);

- завершение выполнения проекта и формирование комплекта документации, платежи поставщикам материалов и исполнителям работ по результатам мониторинга на основе данных дистанционного зондирования Земли и результатам анализа работ экспертной системы (шаг 8).

Таким образом, используя данные дистанционного зондирования Земли, обработанные с применением средств искусственного интеллекта, возможно определить экономическое состояние объекта космической съемки и решить экономические задачи, связанные с развитием, мониторингом, обеспечением необходимыми ресурсами данного объекта без участия человека, что позволяет снизить трудоёмкость процессов управления проектом и минимизировать возможность незаконных действий при осуществлении проекта.