Повышение эффективности управления действиями подразделений МЧС на основе игрового автоматизированного обучающего комплекса

Ежегодно на территории России происходит большое количество катастроф техногенного и экологического характера, которые наносят крупный социально-экономический ущерб. Важнейшей социально-экономической проблемой является своевременная ликвидация ЧС. Эффективность решения этой проблемы во многом определяется качеством обучения личного состава подразделений МЧС, поскольку от его действий зависят жизни людей (социальный аспект), сохранение культурных и материальных ценностей (экономический аспект). Для уменьшения негативного воздействия от разрушений, причиняемых населению и промышленным объектам, необходимо быстро и качественно осуществить подготовку и переподготовку сотрудников подразделений МЧС, работающих в системах оперативного управления, таких как центры управления в кризисных ситуациях, единые дежурно-диспетчерские службы и др.

Так, в Концепции Национальной Безопасности России констатируется, что увеличение количества и расширение масштабов чрезвычайных ситуаций техногенного и природного характера влекут за собой материальные и людские потери нередко сопоставимые с потерями в вооруженных конфликтах, делают крайне актуальной проблему обеспечения национальной безопасности Российской Федерации в природно-техногенной и экологической сферах. Это накладывает дополнительную ответственность и ставит деятельность спасателей в число приоритетных направлений по обеспечению национальной безопасности Российской Федерации [101].

Достаточно часто аварийные и нештатные ситуации возникают из-за конструктивных недостатков, изношенности оборудования, низкой квалификации работающих и халатности производственного персонала, нарушений техники безопасности и др. В этих случаях большинство систем оперативного управления, как правило, не выдают конкретных комплексных рекомендаций оперативно-диспетчерскому персоналу. Эти ограничения обусловливают необходимость разработки и внедрения информационных систем нового уровня, позволяющих улучшить подготовку оперативно-диспетчерского персонала, а также значительно повысить эффективность работы структурных подразделений МЧС. и.

Динамизм изменения обстановки, неопределенность и неполнота поступающих данных, сокращение времени на реагирование и ликвидацию ЧС, многоплановость и многовариантность решения задач защиты населения требуют поиска новых форм компьютерных обучающих программ, имитационных систем, тренажеров. Применение таких информационных систем и технологий обучения позволяет снизить затраты на натурное моделирование ЧС, сократить сроки повысить уровень подготовки специалистов к принятию эффективных решений по борьбе с ЧС.

При использовании инновационных информационных технологий обучения необходимым элементом является управление. В настоящее время при использовании обучающих программ управление в процессе обучения осуществляется на уровнях изучения теоретического материала, практического освоения и итогового или тематического контроля. При этом, ограничением является статичность знаний, т. е. их неизменность в некоторый достаточно длительный промежуток времени. Это не соответствует динамике ситуаций, с которыми в ежедневной практике сталкиваются сотрудники подразделений МЧС.

Высокая динамика оперативной обстановки в ЧС, высокая цена каждого действия спасателя, недостаточная разработанность методологии обучения личного состава подразделений МЧС эффективному проведению аварийно-спасательных других неотложных работ, обусловливают потребности практики совершенствовании процесса обучения методам и способам применения технических средств, с возможностью гибкого и своевременного изменения учебного материала. В настоящее время применяются классические методы обучения (лекционный, работа с книгой, практический). Данные методы зарекомендовали себя, однако, они имеют следующие ограничения:

— отсутствие необходимого количества изучаемых (особенно новых) ТС в процессе обучения;

— недостаточное количество времени, отводимого на изучение методов применения технических средств;

— отсутствие условий для наработки навыков применения технических средств;

— недостаточное внимание развитию творческих способностей.

Одним из путей преодоления вышеперечисленных ограничений в современных условиях является внедрение информационных технологий и систем и в в процесс обучения личного состава подразделений МЧС с применением активных игровых методов обучения.

Объектом исследования является система обучения личного состава подразделений МЧС принятию оперативных решений и тактике применения технических средств тушения пожара.

Предметом исследования являются методы и средства игрового автоматизированного обучения личного состава подразделений МЧС.

Целью диссертационной работы является повышение оперативности и качества подготовки личного состава подразделений МЧС по управлению действиями в динамичной оперативно-тактической обстановке путем разработки информационного обеспечения ИАОК.

Задачи исследования.

Анализ состояния вопроса создания АОС и обоснование оперативно-технических требований к системе активного обучения личного состава управлению действиями в ходе аварийно-спасательных работ. Формулировка направлений исследований.

Разработка концептуальных положений и обобщенной функционально-структурной схемы ИАОК.

Разработка математических моделей представления данных в информационной базе ИАОК.

Разработка обобщенной модели гипермедийной информационной базы на основе нечетких когнитивных карт.

Экспериментальные исследования разработанных методов, моделей и методики автоматизированного обучения личного состава подразделений МЧС.

Методы исследования.

В работе использованы методы и положения теорий: управления в организационно-технических системах, нечетких множеств и логики, теории графов, системного анализа, синтеза баз данных, знаний, исследования операций, педагогики.

Научная новизна работы.

1. Концептуальные положения повышения эффективности обучения личного состава подразделений МЧС управлению действиями в условиях высокой динамики оперативно-тактической обстановки на основе создания ИАОК, существо которых состоит в следующем:

— обеспечение развития творческих способностей обучаемых на основе когнитивной иерархической системы обучения, реализующей моделирование реальных стереотипных оперативных ситуаций с возможностью их модификации и многоальтернативность решений в процессе обучения;

— организация и обеспечение индивидуального и группового обучения личного состава подразделений МЧС, обладающих различными когнитивными стилями при обучении.

— системная модель организации процесса обучения должна включать уровни: оперативных задач, объектов ЧС, оперативных ситуаций, методов и способов применения технических средств, а также активных игровых методов обучения;

— функционально-структурная организация информационного обеспечения ИАОК должна обеспечивать формирование онтологий изучаемых дисциплин, описание стереотипных оперативных ситуаций, возможность формирования вводных по изменению оперативных ситуаций, а также возможность индивидуального и группового принятия решений в процессе обучения;

2. Математическая модель описания оперативных ситуаций в условиях ликвидации ЧС на основе нечетких когнитивных карт, особенностью которой является применение статического нечеткого графа в случае представления в информационной базе стереотипных ситуаций и нечеткого динамического графа, отражающего изменение оперативной ситуации или наличие нестереотипной ситуации.

3. Обобщенная модель гипермедийной информационной базы ИАОК, особенностью которой является использование нечетких разнородных гипермедийных элементов, семантически связанных между собой и взаимно дополняющих друг друга, позволяющая представлять стереотипные и нестереотипные оперативные ситуации и развивать творческие способностей обучаемых.

4. Функционально-структурная организация ИАОК, представленная трехуровневой иерархической структурой, особенностью которой является: введение модуля генерации индивидуальной структуры учебного материала на «тестовом» уровне (изучения теоретического материала и контроля усвоения полученных знаний) — введение модуля моделирования условий выполнения оперативных задач на уровне представления стереотипной ситуациивведение модуля генерации изменения условий выполнения оперативных задач на уровне динамического представления нестереотипной ситуации, а также модуля определения когнитивного стиля для реализации индивидуального и группового обучения.

Практическая значимость.

Разработанный ИАОК может применяться при подготовке и переподготовке подразделений МЧС, оперативно-диспетчерского персонала промышленных объектов как при изучении теоретических дисциплин, так и при получении навыков ликвидации ЧС. ИАОК позволяет повысить эффективность оперативного управления объектами и территориями при ликвидации ЧС природного и техногенного характера.

На защиту выносятся.

1. Концептуальные положения повышения эффективности обучения личного состава подразделений МЧС управлению действиями в условиях высокой динамики оперативно-тактической обстановки на основе создания ИАОК, существо которых состоит в следующем:

— обеспечение развития творческих способностей обучаемых на основе когнитивной иерархической системы обучения, реализующей моделирование реальных стереотипных оперативных ситуаций с возможностью их модификации и многоальтернативность решений в процессе обучения;

— организация и обеспечение индивидуального и группового обучения личного состава подразделений МЧС, обладающих различными когнитивными стилями при обучении.

— системная модель организации процесса обучения должна включать уровни: оперативных задач, объектов ЧС, оперативных ситуаций, методов и способов применения технических средств, а также активных игровых методов обучения;

— функционально-структурная организация информационного обеспечения ИАОК должна обеспечивать формирование онтологий изучаемых дисциплин, описание стереотипных оперативных ситуаций, возможность формирования вводных по изменению оперативных ситуаций, а также возможность индивидуального и группового принятия решений в процессе обучения;

2. Математическая модель описания оперативных ситуаций в условиях ликвидации ЧС на основе нечетких когнитивных карт, особенностью которой является применение статического нечеткого графа в случае представления в информационной базе стереотипных ситуаций и нечеткого динамического графа, отражающего изменение оперативной ситуации или наличие нестереотипной ситуации.

3. Обобщенная модель гипермедийной информационной базы ИАОК, особенностью которой является использование нечетких разнородных гипермедийных элементов, семантически связанных между собой и взаимно дополняющих друг друга, позволяющая представлять стереотипные и нестереотипные оперативные ситуации и развивать творческие способностей обучаемых.

4. Функционально-структурная организация ИАОК, представленная трехуровневой иерархической структурой, особенностью которой является: введение модуля генерации индивидуальной структуры учебного материала на «тестовом» уровне (изучения теоретического материала и контроля усвоения полученных знаний) — введение модуля моделирования условий выполнения оперативных задач на уровне представления стереотипной ситуациивведение модуля генерации изменения условий выполнения оперативных задач на уровне динамического представления нестереотипной ситуации, а также модуля определения когнитивного стиля для реализации индивидуального и группового обучения.

ВЫВОДЫ.

Для проведения эксперементальной оцеки рассмотрена когнитивная модель фрагмента оперативной ситуации «Тушение пожара в локомотивном депо». Построена нечеткая когнитивная карта в виде нечеткого графа для фрагмента реальной оперативной ситуации и рассчитаны ее системные показатели.

Формализация процесса создания нестереотипной ситуации осуществлялась путем введения в когнитивную модель импульсов в виде изменения условий оперативной ситуации.

Разработана методика оценки качества выполнения контрольных и развивающих упражнений, которая позволяет оценить правильность принимаемых решений в соответствии со складывающейся оперативной ситуацией на каждом этапе выбранной тактики действий обучаемого и проводить достаточно объективную оценку действий в целом.

Разработана методика проведения эксперимента с целью проверки соответствия ИАОК заданным требованиям, заключающаяся в проверке каждого требования в условиях, приближенных к реальным.

Экспериментальная оценка, предложенных в работе моделей, в условиях соревнований учебных групп на базе учебного пункта 2-й группы ФГУК «1 отряд ФПС по Курской области». В результате показано, что ИАОК позволяет снизить временные затраты на изучение личным составом стандартных и нестандартных ЧС, по сравнению с контрольными группами, в 1.4 — 1.6 раза, а также повысить качество изучения учебных материалов в 1.2 — 1.4 раза. Применение ИАОК позволило в 2 — 3 раза сократить время экспериментальной группы на основных этапах подготовки к выполнению задачи по ликвидации ЧС в условиях изменяющейся оперативной обстановки. При этом значение коэффициента творческих способностей составило 0,7−0,9 в зависимости от когнитивного стиля учебной группы.

Заключение

.

В диссертационной работе решалась научная задача, состоящая в разработке метода и модели игрового автоматизированного обучения на основе создания информационной базы, обеспечивающей развитие творческих способностей личного состава подразделений МЧС и повышение уровня обучения ведению действий по ликвидации ЧС в условиях высокой динамики оперативно-тактической обстановки.

При этом получены следующие основные результаты:

1. В результате анализа современного состояния и тенденций развития технических средств ликвидации ЧС и способов их оперативного применения при решении стоящих задач разработаны оперативно-технические требования к ИАОК и его информационному обеспечению с целью уменьшения времени обучения и развития творческих способностей личного состава МЧС путем моделирования реальных стереотипных оперативных ситуаций с возможностью их модификации и многоальтернативностью решений в процессе обучения.

2. Обоснованы концептуальные положения повышения эффективности обучения личного состава подразделений МЧС на основе создания ИАОК, существо которых состоит в: развитии творческих способностей обучаемых на основе создания когнитивной иерархической системы игрового обученияорганизации и обеспечении индивидуального и группового обучения личного состава с учетом различия их когнитивных стилей.

3. Разработана системная модель организации обучения на основе ИАОК в виде относительно независимых плоскостей (страт) позволяющих производить их локальную модификацию в зависимости от изменения номенклатуры чрезвычайных задач и условий их выполнения.

4. Разработана обобщенная функционально-структурная схема ИАОК, состоящая из трех уровней проверки степени обученности, а именно:

— фундаментальные знания основ противопожарной подготовки — уровень тестов;

— оперативные особенности применения технических средств — уровень стереотипных ситуаций;

— творческие способности применения технических средств при решении задач по ликвидации ЧС в оперативных ситуациях — уровень нестереотипных оперативных ситуаций.

Математическая модель описания учебного материала на любом уровне представлена в виде семиотической сети.

5. Математическая модель описания стереотипных и нестереотипных оперативных ситуаций с использованием соответственно статических и динамических нечетких когнитивных карт Силова.

Синтезирован алгоритм анализа и управления объектом моделирования на основе НКК Силова, позволяющий реализовать единый подход при моделировании оперативных ситуаций.

6. Формализацию процесса создания нестереотипной оперативной ситуации предложено осуществлять на основе динамического графа путем введения в соответствующие вершины импульсного процесса.

7. Разработана модель и предложен подход к описанию оперативной ситуации гипермедийными элементами исходя из уровня усвоения знаний обучаемыми, заданной степени детализации и необходимого уровня сложности генерируемого упражнения.

8. Экспериментальная оценка, предложенных в работе моделей и алгоритмов, проводилась в условиях соревнований учебных групп на базе учебного пункта 2-й группы ФГУК «1 отряд ФПС по Курской области». В результате показано, что при применении ИАОК в учебном процессе оперативность обучения курсантов при подготовке возросла до значения в 1,6 раз и на основных этапах подготовки к выполнению задачи по ликвидации ЧС до 3 раз. При этом значение коэффициента творческих способностей составило 0,7−0,9 в зависимости от когнитивного стиля учебной группы.