Інструментарій освоєння підземного простору мегаполісів на основі модифікованого методу морфологічного аналізу
Вантажиться...
Дата
2025
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Савченко І.О. Інструментарій освоєння підземного простору мегаполісів на основі модифікованого методу морфологічного аналізу. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.04 «Системний аналіз і теорія оптимальних рішень». – Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського", Київ, 2024. Проблема освоєння міського підземного простору і розвитку підземного будівництва є актуальною глобально – все більше країн світу стикаються з неможливістю подальшого розвитку міст «вшир» і «вгору», і звертаються до можливостей, які надає підземний простір. Підземне будівництво забезпечує зменшення рівня шкідливих викидів, сприяє покращенню екологічної ситуації, підвищенню якості та безпеки життя людини, дозволяє захистити критичну інфраструктуру. Підземні споруди можуть виконувати подвійну функцію як укриття. В роботі розглядається наукова проблема створення системної методології, що формує комплексне бачення підземного будівництва з урахуванням невизначеностей і багатофакторних ризиків. Метою роботи є створення інструментарію планування і прийняття рішень в процесах освоєння підземного простору мегаполісів на основі модифікованого методу морфологічного аналізу (МММА). Для цього розроблено системний підхід, в рамках якого розширено, вдосконалено, масштабовано інструментарій системного аналізу, розроблено моделі для розв’язання практичних задач освоєння підземного простору великих міст. Ці моделі були застосовані для дослідження ряду практичних проблем українських міст, пов’язаних із плануванням підземного будівництва. Оскільки задача освоєння підземного простору мегаполісів є складно формалізовною, тобто інформації щодо об’єктів дослідження притаманний ряд характеристик (неточність, неповнота, протирічність, нечіткість, недостовірність тощо), які унеможливлюють їх аналіз методами традиційними дослідження операцій, природа цих недосконалостей була проаналізована, і були запропоновані прийоми, процедури, алгоритми визначення проявів впливу цих факторів для задач, що розв’язуються за допомогою МММА, а також нові способи і модифікації методу, що дозволяють зменшувати наслідки цих невизначеностей, і отримувати адекватні результати навіть в умовах недосконалих вхідних даних. На основі вдосконалення математичного апарату МММА були створені процедури оцінювання чутливості моделі, тобто визначення допустимих змін вхідних даних, що не призводять до зміни результату. Таким чином створено механізм протидії неточності вхідних даних за рахунок перевірки можливості впливу похибки на результат, і визначення найбільш критичних елементів вхідних даних, на які слід звернути особливу увагу. Розроблено прийоми використання МММА в умовах неповноти вхідних даних. Розроблено процедуру виявлення протирічності вхідних даних. Розроблено нечітку модифікацію методу морфологічного аналізу, в якій на основі використання нечітких попередніх оцінок альтернатив розраховуються нечіткі оцінки з урахуванням взаємозв’язків між параметрами. Запропоновано процедуру аналізу упередженості моделі для оцінювання можливої її недостовірності. Задача освоєння підземного простору мегаполісів супроводжується швидкою генерацією надвеликих масивів даних і знань, обробка яких виходить за межі можливостей людини, тому були розроблені спеціальні інструменти для інтеграції МММА у процес передбачення, які використовують результати обробки великих масивів даних: розроблено інтерактивні людино-машинні процедури напівавтоматизованого видобування морфологічних таблиць із семантичних мереж для трьох типів морфологічного опису – опис об’єкту, опис стану об’єкту, опис дії або події; а також розроблено процедури оцінювання вхідних даних в МММА на основі використання результатів текстової аналітики великих корпусів неструктурованої інформації. З метою масштабування МММА для складних системних задач, в яких взаємодіє значна кількість сутностей, було узагальнено звичайну двоетапну процедуру методу, і на її основі розроблено методику побудови, оцінювання і використання мереж морфологічних таблиць у трьох режимах: оцінювання підготовленості – базова оцінка рішень, що адресують деяку задачу або проблему, для надання підтримки прийняття рішень щодо результативності відповідних заходів; моніторинг – використання МММА у поєднанні з розробленим автоматизованим оцінюванням на основі текстової аналітики для завчасного виявлення потенційно небажаних подій; реакція – розв’язання задачі з фіксованим параметром у випадку, коли небажана подія вже відбулась, і необхідно оперативно прийняти рішення для пом’якшення наслідків. Розроблений апарат було продемонстровано на прикладі задачі моделювання і пом’якшення наслідків соціальних лих, викликаних катастрофами і тероризмом. Розроблено програмне забезпечення на базі SAS Studio з користувацькими модулями мовою C#, які відповідають базовим крокам МММА: конструювання морфологічних таблиць; оцінювання морфологічних таблиць; оцінювання матриць взаємозв’язків і зв’язків; розрахунок оцінок альтернатив параметрів для одноетапної та двохетапної процедур морфологічного аналізу; виведення і візуалізація результатів. Формат розробленого програмного забезпечення дозволяє компонувати модулі у різних конфігураціях для розв’язання задач різної природи і складності. Розроблено стратегію використання різних процедур МММА в процесі сценарного аналізу, що деталізує способи і рамки застосування розроблених елементів методу в залежності від поставлених задач, характеристик вхідних даних. В рамках створення інструментів розв’язання реальних задач освоєння підземного простору, і випробування їх на практиці, було побудовано ряд моделей з використанням розроблених вдосконалень МММА. Була створена модель для порівняння ділянок потенційного підземного будівництва на передпроєктній стадії на основі аналізу інженерно-геологічних факторів, пов’язаних із ділянкою. Модель використовує двоетапний МММА, де на першому етапі розглядаються 10 інженерно-геологічних параметрів, а на другому визначаються оцінки 6 параметрів, що описують рішення, в тому числі доцільність чи недоцільність будівництва, доцільні масштаби і рівень забудови, ризики, пов’язані з будівництвом, і їх характеристики. Модель була випробувана на 4 реальних ділянках м. Києва. Проаналізовано перспективи будівництва на кожній із ділянок з урахуванням отриманих результатів. Проведений аналіз упередженості моделі і процедура виявлення протиріч для підвищення довіри до результатів. Були створені моделі для оцінювання пріоритетності побудови підземних споруд конкретного призначення, зокрема, паркінгів і автомобільних тунелів із залученням мережі морфологічних таблиць, в яких присутні як інженерногеологічні фактори із базової задачі, так і структурно-функціональні фактори, що характеризують ділянку з точки зору потреби у відповідному типі підземної споруди. Для оцінювання автомобільних тунелів була створена також гібридна модель, що поєднує елементи МММА і методу аналізу ієрархій для формування ранжувань за альтернативною процедурою. Модель оцінювання пріоритетності будівництва паркінгів використана для двох реальних ділянок м. Києва. Сформульовано висновки щодо переваги однієї з ділянок над іншою. Модель оцінювання впливів будівництва автомобільних тунелів на фактори ризику була використана для аналізу тунелів, будівництво яких передбачене Генеральним планом м. Києва. Задача розглядалась з використанням більш простої моделі для порівняння двох тунелів, і з використанням розширеної моделі, що враховує також безпекові фактори, для всіх восьми запланованих тунелів. На основі отриманих результатів обґрунтовано пріоритетність будівництва певних тунелів порівняно з іншими. Комбінована модель на основі МММА і методу аналізу ієрархій підтвердила результати, отримані з використанням МММА окремо, і також продемонструвала гнучкість використання при експертному підході до оцінювання критеріїв відповідно до пріоритетів ОПР. Модель оцінювання структурно-функціональних факторів було адаптовано до задачі порівняння двох альтернативних ділянок потенційного будівництва Одеського метрополітену, з точки зору їх впливу на ряд факторів – вирішення транспортних проблем, сприяння розвитку міста і туристично-рекреаційному потенціалу, забезпечення цивільного захисту, тощо. На основі цієї моделі отримані результати, що дозволяють порівняти альтернативні проєкти за їх впливом на різні сфери міського життя. Для цієї задачі також було проведено аналіз чутливості, який показав, що результати розв’язання є достатньо стійкими і слабко залежать від зміни окремих оцінок вхідних даних. Розроблено прототип моделі на основі двоетапного МММА для порівняння урбаністичних об’єктів з точки зору їх протидії небажаним подіям. В моделі аналізуються характеристики небажаної події, і наслідки, які така подія може викликати для заданого типу урбаністичних об’єктів. Ця морфологічна модель була застосована для порівняння системи каналізаційних труб, що проходять по дну р. Дніпро, і підземного дюкера, що використовується з тією ж метою. Результати аналізу показали суттєву перевагу підземного дюкера, що дозволяє рекомендувати його в якості пріоритетного проєкту. Також ця модель була використана для порівняння мостового і тунельного переходів р. Дніпро, також підтверджуючи перевагу підземного будівництва з точки зору протидії несприятливим факторам. Для обох задач аналіз проводився як для множини несприятливих подій, так і для конкретних сценаріїв небажаних подій. Як узагальнення розглянутих окремих задач, була запропонована мережа морфологічних таблиць оцінювання потенціалу території підземного будівництва, яка синтезує функціонально-планувальну організацію міського простору та інженерно-геологічні фактори геологічного середовища для територій, що розглядаються. Розроблений інструментарій може бути використаний для розв’язання практичних задач, пов’язаних із освоєнням підземного простору великих міст, застосований для порівняння будь-яких інших об’єктів інфраструктури і формування основ системної стратегії розвитку міського підземного простору з метою мінімізації військових, техногенних і природних загроз. Практичне значення одержаних результатів полягає у створенні системної методології освоєння підземного простору мегаполісів у вигляді інструментарію модифікованого методу морфологічного аналізу, який може використовуватись для широкого спектру задач планування підземного будівництва, включаючи аналіз доцільності будівництва з урахуванням інженерно-геологічних, структурно-функціональних, безпекових факторів, відбору критичних технологій, ранжування множини проєктів або альтернативних проєктних конфігурацій, оцінювання наслідків впливу можливих небажаних подій з урахуванням різних сценаріїв їх появи, тощо. Це дає в руки муніципалітетів, міських державних адміністрацій, інвестиційних груп і суспільних організацій, які опікуються розвитком міст, ефективний інструмент управління ризиками та інвестиціями при освоєнні підземного простору мегаполісів.
Опис
Ключові слова
системний аналіз, сценарний аналіз, прийняття рішень, метод морфологічного аналізу, невизначеність, оцінювання ризиків, міське планування, підземна урбаністика, підземний простір, system analysis, scenario analysis, decision making, morphological analysis method, uncertainty, risk assessment, urban planning, urban underground development, underground space
Бібліографічний опис
Савченко, І. О. Інструментарій освоєння підземного простору мегаполісів на основі модифікованого методу морфологічного аналізу : реф. … д-ра техн. наук : 01.05.04 - Системний аналіз і теорія оптимальних рішень / Савченко Ілля Олександрович. – Київ, 2025. – 49 с.