Применение когнитивного моделирования для исследования аспектов чрезвычайных ситуаций

Abstract

With the increasing number of emergencies nowadays, conceptual models and statistics are used to study various natural and man-made emergencies. The authors suggest using cognitive modeling, which has been developing as an interdisciplinary scientific direction. This article aims to illustrate the possibilities of cognitive modeling to study the aspects of emergencies and to illustrate the results of testing the authors’ software for conducting a simulation experiment with the cognitive model created. The authors provide a brief overview of the legislation and scientific publications on the problem, which reveals the conceptual apparatus of emergencies as threats to the safety of people and the environment. That has allowed forming the problem field, which includes “the safety of people in emergencies”, “destruction” of an object, e. g. “fire”, “the emergence of toxic substances”, the ensuing “panic”, and “waiting time” for the rescue services to arrive. The authors created a cognitive map in the form of a weighted oriented graph with the target factor “the safety of people in emergency situations”. They performed reconciliation of reflective expert assessments with the use of mathematical statistics, formulating expert rules based on cause-effect reasoning. Then, the authors conducted a simulation experiment, the algorithm of which was constructed using numerical methods. The simulation experiment used the authors’ program developed in the framework of import substitution, in addition to Microsoft Excel. The experiment showed the coincidence of the results obtained with the help of foreign and copyright software, including that with an increase in “panic” and “rescuers arrival time”, the safety of people in emergency situations decreases. Copyright software will be used in further research to analyze other socio-economic models.

В связи с увеличением числа чрезвычайных ситуаций (ЧС) в настоящее время уделяется большое внимание вопросам безопасности жизнедеятельности. Для изучения различных аспектов ЧС специалисты применяют концептуальное моделирование или статистические методы. Авторы предлагают использовать когнитивное моделирование, которое представляет собой междисциплинарное научное направление для помощи исследователям в фиксации своих представлений об исследуемых объектах в виде субъективных моделей. Цель написания статьи – иллюстрация возможностей когнитивного моделирования для исследования аспектов ЧС и иллюстрация результатов апробации авторского программного средства для проведения имитационного эксперимента с созданной когнитивной моделью. Для достижения цели реализовано несколько задач. Выявлены базисные факторы для построения проблемного поля, к которым относится «безопасность людей при ЧС», «разрушение» объекта, «возгорание» на нем, «появление токсических веществ», возникновение «паники», «длительность ожидания» спасательных служб. Создана когнитивная карта в виде взвешенного ориентированного графа с целевым фактором «безопасность людей при ЧС». Проведено согласование рефлексивных экспертных оценок с применением математической статистики, сформулированы экспертные правила на основе причинно-следственных рассуждений. Далее проводился имитационный эксперимент, алгоритм которого построен с применением численных методов. Имитационный эксперимент реализован с помощью двух программных средств: Microsoft Excel и авторской программы, разработанной в рамках импортозамещения. Эксперимент показал совпадение результатов, получаемых с помощью зарубежного и авторского программных средств, в том числе подтвердил зависимость безопасности людей при ЧС от уровня паники и времени прибытия спасателей. Авторское программное средство будет применяться в дальнейших исследованиях для анализа других социально-экономических моделей.