Экспертная оценка автоматизированной системы безопасности - Курсовая работа

Его работа "Fuzzy Sets", опубликованная в 1965 году в журнале "Information and Control", заложила основы моделирования интеллектуальной деятельности человека и стала начальным толчком к развитию новой математической теории. Свое второе рождение теория нечеткой логики пережила в начале восьмидесятых годов, когда несколько групп исследователей (в основном в США и Японии) всерьез занялись созданием электронных систем различного применения, использующих нечеткие управляющие алгоритмы. Сорок восемь японских компаний создают лабораторию LIFE (Laboratory for International Fuzzy Engineering), японское правительство финансирует 5-летнюю программу по нечеткой логике, которая включает 19 разных проектов - от систем оценки глобального загрязнения атмосферы и предвидения землетрясений до АСУ заводских цехов. Для формирования типа АСБ (домашняя, любительская, профессиональная, специальная) в экспертной системе используется 10 параметров: морозостойкость, число подключаемых видеокамер (ВК), тип подключения ВК, максимальное число датчиков, время бесперебойного питания, входящее напряжение ВК и датчики, наличие Программного обеспечения (ПО), количество мониторов, совместимость оборудования разных производителей. · объекты по производству, хранению и реализации наркотических веществ, сильнодействующих ядов и химикатов, токсичных и психотропных веществ и препаратов (базы аптекоуправления, аптеки, склады медрезерва, научные, медицинские и другие учреждения, заведения, в практике которых используются эти вещества);В ходе выполнения работы была разработана экспертная система оценки экспертная система автоматизированной системы безопасности.

Содержание

Ведение

Характеристика нечеткой системы

Задание нечетких переменных и их термов. Виды термы

Описание лингвистических переменных

Задание правел в среде MATLAB

Задание лингвистических переменных в среде MATLAB

Результаты анализа работы системы

Заключение

Список использованной литературы

Приложение

Наверное, самым впечатляющим у человеческого интеллекта является способность принимать правильные решения в условиях неполной и нечеткой информации. Построение моделей приближенных размышлений человека и использование их в компьютерных системах представляет сегодня одну из важнейших проблем науки.

Основы нечеткой логики были заложены в конце 60-х лет в работах известного американского математика Латфи Заде. Исследования такого рода было вызвано возрастающим неудовольствием экспертными системами. Хваленый "искусственный интеллект", который легко справлялся с задачами управления сложными техническими комплексами, был беспомощным при простейших высказываниях повседневной жизни, типа "Если в машине перед тобой силит неопытный водитель - держись от нее подальше". Для создания действительно интеллектуальных систем, способных адекватно взаимодействовать с человеком, был необходим новый математический аппарат, который переводит неоднозначные жизненные утверждения в язык четких и формальных математических формул. Первым серьезным шагом в этом направлении стала теория нечетких множеств, разработанная Заде. Его работа "Fuzzy Sets", опубликованная в 1965 году в журнале "Information and Control", заложила основы моделирования интеллектуальной деятельности человека и стала начальным толчком к развитию новой математической теории. Он же дал и название для новой области науки - "fuzzy logic" (fuzzy - нечеткий, размытый, мягкий).

Чтобы стать классиком, надо немного опередить свое время. Существует легенда о том, каким образом была создана теория "нечетких множеств". Один раз Заде имел длинную дискуссию со своим другом относительно того, чья из жен более привлекательна. Термин "привлекательная" является неопределенным и в результате дискуссии они не смогли прийти к удовлетворительному итогу. Это заставило Загде сформулировать концепцию, которая выражает нечеткие понятия типа "привлекательная" в числовой форме.

Дальнейшие работы профессора Латфи Заде и его последователей заложили фундамент новой теории и создали предпосылки для внедрения методов нечеткого управления в инженерную практику.

Аппарат теории нечетких множеств, продемонстрировав ряд многообещающих возможностей применения - от систем управления летательными аппаратами до прогнозирования итогов выборов, оказался вместе с тем сложным для воплощения. Учитывая имеющийся уровень технологии, нечеткая логика заняла свое место среди других специальных научных дисциплин - где-то посредине между экспертными системами и нейронными сетями.

Свое второе рождение теория нечеткой логики пережила в начале восьмидесятых годов, когда несколько групп исследователей (в основном в США и Японии) всерьез занялись созданием электронных систем различного применения, использующих нечеткие управляющие алгоритмы. Теоретические основы для этого были заложены в ранних работах Коско и других ученых.

Третий период начался с конца 80-х годов и до сих пор. Этот период характеризуется бумом практического применения теории нечеткой логики в разных сферах науки и техники. До 90-ого года появилось около 40 патентов, относящихся к нечеткой логике (30 - японских). Сорок восемь японских компаний создают лабораторию LIFE (Laboratory for International Fuzzy Engineering), японское правительство финансирует 5-летнюю программу по нечеткой логике, которая включает 19 разных проектов - от систем оценки глобального загрязнения атмосферы и предвидения землетрясений до АСУ заводских цехов. Результатом выполнения этой программы было появление целого ряда новых массовых микрочипов, базирующихся на нечеткой логике. Сегодня их можно найти в стиральных машинах и видеокамерах, цехах заводов и моторных отсеках автомобилей, в системах управления складскими роботами и боевыми вертолетами.

В США развитие нечеткой логики идет по пути создания систем для большого бизнеса и военных. Нечеткая логика применяется при анализе новых рынков, биржевой игре, оценки политических рейтингов, выборе оптимальной ценовой стратегии и т.п. Появились и коммерческие системы массового применения.

Смещение центра исследований нечетких систем в сторону практических применений привело к постановке целого ряда проблем, в частности: · новые архитектуры компьютеров для нечетких вычислений;

· элементная база нечетких компьютеров и контроллеров;

· инструментальные средства разработки;

· инженерные методы расчета и разработки нечетких систем управления, и т.п.

Рис. 1 - общий вид экспертной системы выбора Автоматизированной системы безопасности (АСБ)

Для формирования типа АСБ (домашняя, любительская, профессиональная, специальная) в экспертной системе используется 10 параметров: морозостойкость, число подключаемых видеокамер (ВК), тип подключения ВК, максимальное число датчиков, время бесперебойного питания, входящее напряжение ВК и датчики, наличие Программного обеспечения (ПО), количество мониторов, совместимость оборудования разных производителей. Перечень перечисленных выше параметров находится в таблице 1. Для формирования оценки склонности к определенному типу оборудования используется процедура, в которой сопоставляются характеристики разных показателей оборудования. Система вычисляет характеристики оборудования. В основу положена идея, которая определяет тип оборудования в соответствии с четырьмя группами охраняемых объектов.

Б1 (Домашняя): объекты, хищения на которых в соответствии с уголовным законодательством Российской Федерации могут привести к ущербу в размере до 500 минимальных размеров оплаты труда.

Б11 (Любительская): объекты с хранением или размещением товаров, предметов повседневного спроса, продуктов питания, компьютерной техники, оргтехники, видео и аудиотехники, кино и фотоаппаратуры, натуральных и искусственных мехов, кожи, автомобилей и запасных частей к ним, алкогольной продукции с содержанием этилового спирта свыше 13 % объема готовой продукции и другого аналогичного имущества.

А11 (Профессиональная): · хранилища и кладовые денежных и валютных средств, ценных бумаг;

· хранилища ювелирных изделий, драгоценных металлов и камней;

· хранилища секретной документации, изделий;

· специальные хранилища взрывчатых, наркотических, ядовитых, бактериологических, токсичных и психотропных веществ и препаратов;

· специальные фондохранилища музеев и библиотек.

А1 (Специальные): объекты особо важные, повышенной опасности и жизнеобеспечения, включенные в Перечень объектов подлежащих государственной охране согласно постановлению Правительства Российской Федерации от 14 августа 1992 г. №587;

· объекты, включенные органами власти субъектов Российской Федерации или местного самоуправления в перечни объектов особо важных, повышенной опасности и жизнеобеспечения;

· объекты по производству, хранению и реализации наркотических веществ, сильнодействующих ядов и химикатов, токсичных и психотропных веществ и препаратов (базы аптекоуправления, аптеки, склады медрезерва, научные, медицинские и другие учреждения, заведения, в практике которых используются эти вещества);

· ювелирные магазины, базы, склады и другие объекты, использующие в своей деятельности ювелирные изделия, драгоценные металлы и камни; объекты и помещения для хранения оружия и боеприпасов, радиоизотопных веществ и препаратов, предметов старины, искусства и культуры;

· объекты кредитно-финансовой системы (банки, операционные кассы вне кассового узла, дополнительные офисы, пункты обмена валюты, банкоматы);

· кассы предприятий, организаций, учреждений, головные кассы крупных торговых предприятий;

· сейфовые комнаты, предназначенные для хранения денежных средств, ювелирных изделий, драгоценных металлов и камней.

Как правило для таких систем используется двойная периферийная охрана и дублирование датчиков. Группы приведены в соответствии с РД 78.36.003.

Задание нечетких переменных и их термов. Виды термов

Таблица 1

Переменные, термы и их значения

Переменная Термы Тип терма Значение

Входящее напряжение 24 30 220 trimf [1,2,4] [3,5,7] [6,8,10]

Наличие ПО, управление ВК Да Нет Да- с доп. функциями trimf [1,2,4] [3,5,7] [6,8,10]

Совместимость оборудования Совместимо Частично совместимо Не совместимо trimf [1,2,4] [3,5,7] [6,8,10] морозостойкость Морозостойкая Не морозостойкая Средняя trimf [1,2,4] [3,5,7] [6,8,10]

Тип подключения ВК UTP RG11 Wi-Fi trimf [1,2,4] [3,5,7] [6,8,10]

Количество мониторов, Число подключаемых ВК, число датчиком, время бесперебойного питания, Тип Охраны Мало(я) Среднее(я) Большое(я) Огромное(я) gaussmf [1.125 -0.03952] [0.7822 3.627] [0.6744 6.191] [1.488 2.703 10.12]

Домашняя, Любительская, профессиональная, Специальная Мало(я) Среднее(я) Большое(я) Огромное(я) trapmf [1 1 3 3] [3 3 5 5] [5 5 7 7] [7 7 10 10]

Для данной системы будет использован косвенный метод.

В косвенных методах значения функции принадлежности выбираются таким образом, чтобы удовлетворить заранее сформулированным условиям. Экспертная информация является только исходной информацией для дальнейшей обработки. К группе данных методов можно отнести такие методики построения функций принадлежности, как построение функций принадлежности на основе парных сравнений, с использованием статистических данных, на основе ранговых оценок и т.д.

Также будим использовать 3 вида функции это треугольная, парабола и трапеция.

Треугольный вид функции принадлежности - самый часто используемый в практике анализа экспертной системы.

При оценке параметров функций принадлежности известны интервальные ограничения и наиболее допустимые значения показателей, формирующий общественный показатель.

Описание лингвистических переменных

· управление видео камерами: удаленое управление, приблежение, автоматическое слежение за движущим объектом, поворот 3600;

· морозостойкость: перепад температур от 0 до - 550С;

· Число подключаемых видеокамер: минимальное и максимальное число подключаемых видеокамер к системе от 1 до 2500 шт.;

· Тип подключения ВК: используемые кабеля для подключения камер к системе;

· максимальное число датчиков: количество датчиков подключаемых к системе от 1 до 5000;

· Время бесперебойного питания: определяет время которое система может работать без внешнего источника питания (основной подачи питания);

· Входящее напряжение: определяет в каком диапазоне напряжения работает система;

· Наличие ПО: Специализированые программы, сервера;

· количество мониторов: определяет сколько мониторов можно подключить к одному матричному блоку, конвертору (от 1 до 512);

· совместимость оборудования: совместимость оборудования разных производителей(Pelco, Sony, Panasonic).

Для удобства и компактности составления лингвистических правил для переменных заменим названия лингвистических переменных на иные: Таблица 2

Замена названий переменных управление видео камерами Uprav-BK морозостойкость moroz

Число подключаемых видеокамер Obschee-BK

Тип подключения ВК Tip-kabelya максимальное число датчиков Obschee-DK

Время бесперебойного питания vremya

Входящее напряжение Voltag

Наличие ПО PO совместимость оборудования Sovmes-oborud количество мониторов monitori

Домашняя Home

Любительская Lave

Профессиональная Proff

Специальная Ultima

Задание правил в среде MATLAB

· 1. If (Uprav-BK is Da) and (moroz is -55) and (Obschee-BK is malay) and (Tip-Kabelya is Upt) and (Obschee-DK is malay) and (Vremya is malay) and (Voltag is 24) and (PO is Da) and (Sovmes-oborud is ne_sovmes) and (Monitori is malay) then (Home is ogr)(Lave is ogr)(Proff is ogr)(Ultima is org) (1)

· 2. If (Uprav-BK is Da) or (moroz is -55) or (Obschee-BK is malay) or (Tip-Kabelya is Upt) or (Obschee-DK is malay) or (Vremya is malay) or (Voltag is 24) or (PO is Da) or (Sovmes-oborud is ne_sovmes) or (Monitori is malay) then (Home is Big)(Lave is Big)(Proff is not ogr)(Ultima is not malay) (1)

· 3. If (Uprav-BK is Dop-Fun) and (moroz is -35) and (Obschee-BK is malay) and (Tip-Kabelya is not Upt) and (Obschee-DK is sredney) and (Vremya is not malay) and (Voltag is 220) and (PO is Net) and (Monitori is malay) then (Home is srednay)(Lave is malay)(Proff is malay)(Ultima is malay) (1)

· 4. If (Uprav-BK is Dop-Fun) or (moroz is -25) or (Vremya is srednay) or (Voltag is 30) or (Monitori is big) then (Home is Big)(Lave is srednay)(Proff is malay) (1)

· 5. If (Uprav-BK is Dop-Fun) or (moroz is -35) or (Obschee-BK is srednay) or (Tip-Kabelya is Wi-Fi) or (Obschee-DK is sredney) or (Vremya is big) or (PO is Dop-Fun) or (Sovmes-oborud is chast) or (Monitori is big) then (Proff is ogr)(Ultima is malay) (1)

· 6. If (Uprav-BK is net) or (moroz is -25) or (Obschee-BK is Big) or (Tip-Kabelya is RG11) or (Obschee-DK is ogr) or (Vremya is big) or (Voltag is 30) or (PO is Net) or (Sovmes-oborud is ne_sovmes) or (Monitori is srednay) then (Home is srednay)(Lave is srednay)(Proff is malay)(Ultima is malay) (1)

Рис. 1.2 - диалоговое окно задание входов и выходов системы

Рис. 1.3 - диалоговое окно лингвистической переменной управление ВК, задание параметров термов

Рис. 1.4 - диалоговое окно выхода, лингвистическая переменная Специальная, задание параметров термов автоматизированный безопасность нечеткий логика

Результаты анализа работы системы

Рис. 1.5 - диалоговое окно результат работы системы

Рис. 1.6 - диалоговое окно результат работы системы

Рис. 1.6 - диалоговое окно результат работы системы

Рис. 1.7 - диалоговое окно результат работы системы

По результатам исследования можно сказать следующее: выбор системы АСБ зависит от потребностей и условий эксплуатации, для систем Ultima и Proffisional обязательными параметрами являются большинство перечисленных характеристик, а для систем Home и Live важно знать: Если количество камер среднее и камеры имеют дополнительную функцию (зум, ночное видение и т.д.), а общее количество датчиков среднее и оборудование морозостойкое то система Live является большой и полноценной, такую систему можно использовать на объектах класса Б1,Б11. Если принять во внимание еще два параметра, а именно количество мониторов (большое) и имеется совместимость оборудования то систему вполне можно использовать на объектах класса А11.

Система Home: Для домашней системы важной чертой является отношение входящего напряжения и тип камеры (управляемая, не управляемая, с доп. функциями), по показателям экспертной системы видно, что для дома лучше всего использовать неуправляемые камеры с напряжением от 24-30V. Система с такими параметрами будет подходящей для дома и соответствовать классу объектов Б1.

В ходе выполнения работы была разработана экспертная система оценки экспертная система автоматизированной системы безопасности. Система позволяет получить оценку склоняемости к тому или иному типу системы безопасности в зависимости от нужных параметров по десяти бальной школе оценки от 1 до 10.

Разработанное программное обеспечение позволяет достаточно точно определить к какому классу относится автоматизированная система безопасности и возможность ее дальнейшего развития.

Также были получены теоретические и практические навыки работы с нечеткими системами и системой Fuzzy в среде MATLAB.

1. РД 78.36.003

2. ГОСТ Р 50775

3. ГОСТ Р 50776

4.ГОСТ Р 53704-2009.

5. Zade L.A. The concept of a linguistic variable and its application to approximate reasoning. Part 1, 2, 3 // Information Sciences, n. 8 pp.199-249, pp.301-357; n. 9 pp. 43-80.

6. Прикладные нечеткие системы: Перевод с япон./ К. Асаи, Д. Ватада, С. Иваи и др.; под ред. Т. Тэрано, К. Асаи, М. Сугено. - М.: Мир, 1993.

7. Mamdani E.H. Applications of fuzzy algorithms for simple dynamic plant. Porc. IEE. vol. 121, n. 12, pp. 1585-1588, 1974.

8. Smidth F.L. Computing with a human face. New Scientist, 6 may, 1982.

9. Yagashita O., Itoh O., and Sugeno M. Application of fuzzy reasoning to the water purification process, in Industrial Applications of Fuzzy Control, Sugeno M, Ed. Amsterdam: North-Holand 1985, pp.19-40.

10. Yasunobu S., Miyamoto S., and Ihara H. Fuzzy control for automatic train operation system, in Proc. 4th. IFAC/IFIP/IFORS Int. Congress on Control in Transportation Systems, Baden-Baden, April, 1983.

11. Yasunobu S., and Hasegawa T. Predictive fuzzy control and its applications for automatic container crane operation system, in Proc. 2nd. IFSA Congress, Tokyo, Japan, Julie 1987.

12. F. Fujitec, FLEX-8800 series elevator group control system, Fujitec Co., Ltd., Osaka, Japan, 1988.

13. Watanabe H., and Dettloff. Reconfigurable fuzzy logic processor: A full custom digital VLCI, in Int. Workshop on Fuzzy Systems Applications, Iiruka, Japan, Aug. 1988, pp. 49-50.