И. У. Ямалов МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ И
advertisement
И. У. Ямалов МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ И ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ 3-е издание (электронное) Москва БИНОМ. Лаборатория знаний 2015 УДК 004.942, 681.5.01 ББК 68.9:65.050.2 Я54 Ямалов И. У. Я54 Моделирование процессов управления и принятия решений в условиях чрезвычайных ситуаций [Электронный ресурс] / И. У. Ямалов. — 3-е изд. (эл.). — Электрон. текстовые дан. (1 файл pdf : 291 с.). — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. — Систем. требования: Adobe Reader XI ; экран 10". ISBN 978-5-9963-2562-7 Приведены методологические, методические и модельные подходы к моделированию и управлению в условиях чрезвычайных ситуаций (ЧС). Рассмотрены методологии концептуального моделирования и синтеза алгоритмов управления при ликвидации ЧС, моделирования и синтеза алгоритмов управления в условиях ЧС с использованием нечетких когнитивных карт, методы и модели, предназначенные для моделирования и синтеза алгоритмов управления в условиях быстропротекающих ЧС, сценарии управления ликвидацией ЧС с использованием системного подхода, а также структуры и функциональный элементный состав региональной информационной системы, реализующей поддержку принятия решений при ликвидации ЧС. Книга адресована специалистам, научным работникам, аспирантам и студентам в области управления риском в различных сферах деятельности человека, общества и государства. УДК 004.942, 681.5.01 ББК 68.9:65.050.2 Деривативное электронное издание на основе печатного аналога: Моделирование процессов управления и принятия решений в условиях чрезвычайных ситуаций / И. У. Ямалов. — М. : Лаборатория Базовых Знаний, 2007. — 288 с. : ил. — ISBN 978-5-93208-193-8. В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации ISBN 978-5-9963-2562-7 c БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007 ○ Оглавление Список сокращений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Глава 1. Проблемы моделирования и поддержки принятия решений в условиях чрезвычайных ситуаций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.1. Классификация ЧС и общие требования к системам оперативного управления ликвидацией ЧС . . 1.2. Анализ подходов к моделированию ЧС . . . . . . . . . . . . . . 1.3. Концепция приемлемого риска в области защиты населения и территорий от ЧС . . . . . . 1.4. Основные принципы построения региональных систем управления рисками в субъектах Российской Федерации . . . . 12 . . . . 18 . . . . 22 . . . . 31 Глава 2. Разработка методологии моделирования и поддержки принятия решений в условиях чрезвычайных ситуаций . . . . . . . 46 2.1. Общая характеристика проблем управления в условиях ЧС . . . 2.2. Принципы моделирования процессов управления в условиях ЧС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3. Методологии моделирования и поддержки принятия решений в условиях ЧС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4. Системная модель процесса ликвидации ЧС . . . . . . . . . . . . . . 2.5. Концептуальная модель ЧС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.6. Структурно-функциональная декомпозиция концептуальных моделей процессов управления в условиях ЧС. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.7. Типовые концептуальные модели техногенных ЧС . . . . . . . . . 46 50 53 56 60 68 75 Глава 3. Моделирование процессов управления в чрезвычайных ситуациях на основе нечетких когнитивных карт . . . . . . . . . . . 80 3.1. Способы анализа нечетких когнитивных карт . . . . . . . . . . . . . 80 3.2. Моделирование процессов управления в ЧС с использованием нечетких когнитивных карт . . . . . . . . 87 3.3. Особенности обучения нечетких когнитивных карт . . . . . . . . . 91 4 Оглавление 3.4. Оптимизация распределения ресурсов по управлению в ЧС с использованием генетических алгоритмов . . . . . . . . . . . . . . 96 3.5. Прогнозирование параметров ЧС с использованием нейронных сетей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Глава 4. Моделирование и принятие решений по управлению в условиях чрезвычайных ситуаций с использованием мультиагентных динамических моделей . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 4.1. Организационно-функциональная структура системы оперативного управления в условиях ЧС . . . . . . . . . . . 4.2. Динамическая модель действий функциональных подразделений как самоуправляемых агентов . . . . . . . 4.3. Модель взаимодействия центра управления ЧС с функциональными подразделениями . . . . . . . . . . . . 4.4. Алгоритмы управления распределением ресурсов в ЧС 4.5. Моделирование динамических процессов при оперативном управлении ликвидацией ЧС . . . . . . 4.6. Моделирование процесса ликвидации ЧС одним функциональным подразделением . . . . . . . . . . . . . . . . 4.7. Моделирование взаимодействия нескольких функциональных подразделений при ликвидации ЧС . . . . . . 113 . . . . . 122 . . . . . 128 . . . . . 135 . . . . . 139 . . . . . 146 . . . . . 155 Глава 5. Моделирование и синтез сценариев управления ликвидацией чрезвычайных ситуаций . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 5.1. Методология моделирования процессов принятия решений при ликвидации ЧС с использованием функциональных, информационных и динамических моделей в виде сетей Петри . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 5.2. Функциональное моделирование организационных процессов управления в ЧС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 5.3. Информационное моделирование процессов управления ликвидацией ЧС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 5.4. Системные динамические модели процессов управления ликвидацией ЧС . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 5.5. Распознавание ЧС в условиях неопределенности . . . . . . . . . . 173 5.6. Синтез сценариев управления ликвидацией ЧС . . . . . . . . . . . 182 Глава 6. Региональная информационная система поддержки принятия решений по управлению в условиях чрезвычайных ситуаций (на примере Республики Башкортостан) . . . . . . . . . 191 6.1. Социально-политические, экономические, географические, климатические и иные особенности, характерные для Республики Башкортостан . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 Оглавление 5 6.2. Региональная информационная система поддержки принятия решений по управлению в условиях ЧС . . . . . . . . . . . . . . . . 194 6.3. Моделирование процессов возникновения и развития ЧС с использованием нечетких когнитивных карт на примере химически опасного объекта . . . . . . . . . . . . 224 6.4. Прогнозирование уровня весеннего половодья рек с помощью многослойных нейронных сетей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 Список сокращений АИУС – автоматизированная информационно-управляющая система АИУС ЧС – автоматизированная информационно-управляющая система по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций АИЭ – анализирующий и информирующий элемент АРМ – автоматизированное рабочее место АСДНР – аварийно-спасательные и другие неотложные работы АСКЗА – автоматическая станция контроля загрязнения атмосферы АСКЗВ – автоматическая станция контроля загрязнения водной среды АСС – аварийно-спасательная служба АСФ – аварийно-спасательное формирование АХОВ – аварийное химически опасное вещество БЗ – база знаний БП ЧС – быстропротекающие чрезвычайные ситуации ВНП – валовый национальный продукт ГИС – геоинформационная система ГТО – геотехнический объект ДМЛЧС – динамическая модель ликвидации ЧС ДМПРЧС – динамическая модель принятия решений в ЧС ДМРЧС – динамическая модель развития ЧС ЕДДС – единая дежурно-диспетчерская служба ИСППР – информационная система поддержки принятия решений ИЭ – исполняющий элемент КК – когнитивная карта КМ – концептуальная модель КЧС – комиссия по чрезвычайным ситуациям ЛБ – логический блок ЛПР – лицо, принимающее решения МОГ – мобильная оперативная группа МОЧС – многоочаговая чрезвычайная ситуация МПФ – матричная передаточная функция МЧС РБ – Министерство по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям Республики Башкортостан НКК – нечеткая когнитивная карта ОПО — опасный производственный объект ОТССПД – объединенная территориальная система связи и передачи данных ПЛАРН – план ликвидации аварийного разлива нефти Список сокращений ПОО – потенциально опасный объект ПР – принятие решения ПФ – поражающий фактор ПЭ – планирующий элемент РИСППР ЧС – региональная информационная система поддержки принятия решений в условиях чрезвычайных ситуаций Р-НКК – расширенная нечетко-когнитивная карта РСЧС – Российская система предупреждения и действий в чрезвычайных ситуациях (Единая государственная система предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций) СДЯВ – сильно действующее ядовитое вещество СИМ – система имитационного моделирования СМиП – система моделирования и прогнозирования последствий чрезвычайных ситуаций СМЧС – система мониторинга чрезвычайных ситуаций САУБ – система административного управления и безопасности СОДЧС – система хранения и обработки электронных документов о чрезвычайных ситуациях СОУ – система оперативного управления СОУЧС – система оперативного управления в чрезвычайных ситуациях СПМ – система планирования мероприятий по предупреждению и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций СППР ЛЧС – система поддержки принятия решений при ликвидации ЧС СРЧС – система регистрации чрезвычайных ситуаций СТСФД – система территориального страхового фонда документации Республики Башкортостан СУДЧС – система управления действиями в чрезвычайных ситуациях СУЧС СЦ – система управления в чрезвычайных ситуациях – ситуационный центр ТСФД РБ – территориальный страховой фонд документации на объекты повышенного риска и системы жизнеобеспечения населения Республики Башкортостан УЭ – управляющий элемент ФМ – функциональная модель ФП – функциональное подразделение ХДЛЧС – хранилище данных о ликвидации чрезвычайной ситуации ХОО – химически опасный объект ЦИАС – центральная автоматизированная информационная система ЦУЧС – центр управления в чрезвычайных ситуациях ЧМС – человеко-машинная система ЧС – чрезвычайная ситуация ЭПУ – элемент прямого управления ЭС РВ – экспертная система реального времени 7 Введение В последние десятилетия во всем мире наблюдается тенденция к росту количества и масштабов последствий чрезвычайных ситуаций (ЧС) природного и техногенного характера. За 30 последних лет мировой среднегодовой рост социальных и экономических потерь от природных и техногенных чрезвычайных ситуаций составил по числу погибших — более 4%, пострадавших — около 9%, по материальному ущербу — более 10% [31, 63, 153, 184]. На территории Российской Федерации сохраняются высокий уровень угрозы чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера (далее именуются — ЧС) и тенденция роста количества и масштабов последствий чрезвычайных ситуаций. При этом более половины населения России проживает в условиях повышенного риска, а средний уровень индивидуального риска для населения России на два порядка превышает допустимый уровень, принятый в развитых странах мира [6, 31, 43]. Сохраняющиеся тенденции роста количества и масштабов последствий аварий, катастроф и стихийных бедствий заставляют искать новые решения проблемы защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций, предвидеть будущие угрозы, риски и опасности, развивать методы их прогноза и предупреждения. Чрезвычайная ситуация — это такая ситуация, которая сложилась или может сложиться под действием неблагоприятных факторов, представляющих собой угрозу для жизни людей и их нормальной жизнедеятельности [40, 169]. Если своевременно не принять превентивные (упреждающие) меры по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций (ЧС), то ущерб от возникновения ЧС может быть настолько велик, что вызовет социально-экономическую и даже политическую дестабилизацию на территории того или иного государства. Чрезвычайные ситуации сопровождаются не только материальными, но и людскими потерями, поэтому в условиях ЧС очень важно быстро и правильно принять решение по ликвидации последствий ЧС. При этом процесс принятия решений по ликвидации ЧС (особенно на первоначальной стадии развития) характеризуется неполнотой и плохим качеством представления информации, малым резервом времени, необходимым для принятия решений. Введение 9 Сложность решения данной проблемы заключается в ее многогранности, так как требует рассмотрения в комплексе различных аспектов: социально-экономических, организационных, технических, управленческих, информационных, кадровых, психологических и т.д. Попытка совместного рассмотрения этих проблем, в свою очередь, требует разработки новых концепций с использованием современных достижений научной мысли. Разработка научных основ поведения и организации управляемых сложных систем, в частности человеко-машинных систем, в экстремальных (чрезвычайных, критических, кризисных) ситуациях является одной из важнейших научных проблем. Одним из основных направлений повышения оперативности, надежности, обоснованности и качества принятия управленческих решений по предупреждению и ликвидации ЧС является создание информационных систем поддержки принятия решений по предупреждению и ликвидации ЧС на основе широкой и всесторонней автоматизации процессов управления силами и средствами, предназначенными для ликвидации ЧС. Особенностью функционирования информационных систем поддержки принятия решений по предупреждению и ликвидации ЧС является необходимость обеспечения адекватного и эффективного моделирования динамических процессов развития разнообразных классов ЧС. Моделирование как средство описания и исследования, в силу своей универсальности и высокой эффективности, является широко признанным методом анализа и синтеза, оптимизации и проектирования сложных динамических систем, содержащих слабо формализуемые элементы [2, 12, 51, 89, 91]. Моделирование при управлении сложными объектами различной физической природы, функционирующими, как правило, в условиях неопределенности, позволяет существенно повысить эффективность управления за счет того, что обеспечивается возможность анализа изменения свойств объекта при выборе управляющих воздействий. Предвидение возможных путей развития ситуаций и использование этих знаний при управлении особенно важны, когда степень неопределенности при описании самого объекта управления, внешней среды и алгоритмов управления достаточно высока. Основная задача моделирования динамически развивающихся ЧС состоит во всестороннем изучении и описании ЧС как сложного объекта управления, выявлении характеристик системы управления (СУ), в анализе подсистем разного уровня и всей системы в целом при взаимодействии с внешней средой и другими подсистемами в процессе достижения основной цели — ликвидации ЧС, а также в разработке моделей системы и синтезе алгоритмов управления. Особенно остро проблема построения информационных систем поддержки принятия решений в условиях чрезвычайных ситуаций стоит для класса региональных информационных систем, в связи со сложностью учета территориально-распределенного аспекта в процессе принятия решений. 10 Введение Вопросам управления в условиях ЧС и построения информационных систем поддержки принятия решений в условиях чрезвычайных ситуаций посвящены исследования и публикации многих отечественных ученых и специалистов — А.Н. Елохина, А.В. Измалкова, Б.Г. Ильясова, В.Г. Крымского, В.В. Кульбы, Б.Н. Порфирьева, Р.З. Хамитова, М.А. Шахраманьяна, И.Ю. Юсупова и др. Указанные вопросы рассматриваются также в работах зарубежных ученых, среди которых можно выделить Дж. Апосталакиса, Л. Гуоссена, С. Гуаро, Р. Кука, Х. Кумамото, Ф. Лисса, В. Маршалла, Г. Сейвера, Э. Хенли. Тем не менее круг не решенных в этой области проблем еще достаточно широк. Трудность решения задачи моделирования и управления в ЧС природного и техногенного характера вызвана тем, что характер развития конкретной ЧС является сугубо индивидуальным, а само развитие ЧС происходит в условиях неопределенности, когда не известны требуемые темпы ликвидации ЧС, необходимый объем ресурсов, уровень сложности выполняемых работ. Также мало информации о характере развития ЧС, о возможных условиях, когда ЧС может перейти в ситуацию с катастрофическими последствиями. Возникает проблема, каким образом распределять ресурсы при их ограниченности между функциональными подразделениями (ФП) по ликвидации ЧС и с какими темпами обеспечить своевременную доставку этих ресурсов. Открытым является также вопрос разработки методических подходов к созданию региональных информационных систем поддержки принятия решений по управлению в чрезвычайных ситуациях. Таким образом, объектом научных исследований должна быть не только сама ЧС, ее характеристики и свойства как объекта управления, но и сам процесс организации управления в ЧС и средства информационной поддержки управления. Методология системных исследований сложных динамических систем и управление в условиях неопределенности, характерной для ЧС, требует также разработки и соответствующих информационных систем, позволяющих учитывать особенности чрезвычайных ситуаций и обеспечивающих поддержку принятия решения. Весьма актуальна проблема моделирования как самих быстропротекающих ЧС, так и процессов оперативного управления ликвидацией этих ЧС. Здесь моделирование рассматривается, с одной стороны, как процесс разработки моделей развивающейся ЧС, организационной системы управления ликвидацией ЧС и ее элементов, а с другой стороны, как метод научного исследования эффективности процессов ликвидации динамически развивающихся ЧС. Таким образом, при решении проблемы управления в ЧС необходимо исследовать ЧС как сложный динамический объект, ее характеристики и свойства как объекта управления и процесс организации управления в ЧС и разработать основы создания информационных систем при управлении в чрезвычайных ситуациях с учетом регионального аспекта. Введение 11 Структура книги Глава 1 посвящена анализу проблем моделирования и управления в условиях чрезвычайных ситуаций, анализу существующих подходов к построению региональных информационных систем по управлению в чрезвычайных ситуациях. Глава 2 посвящена методологии моделирования и синтеза алгоритмов управления при ликвидации ЧС, основанной на методологии концептуального моделирования процессов управления в условиях ЧС. Глава 3 посвящена методологии моделирования и синтеза алгоритмов управления в условиях ЧС с использованием нечетких когнитивных карт, позволяющей производить моделирование и синтез алгоритмов управления в условиях ЧС при неполной информации о параметрах ЧС. Глава 4 посвящена методам и моделям, предназначенным для моделирования и синтеза алгоритмов оперативного управления в условиях быстропротекающих ЧС, основанных на мультиагентной концепции. Приведены результаты исследования процессов оперативного управления ликвидацией чрезвычайных ситуаций методом моделирования с использованием динамических моделей. В главе 5 рассмотрены методы и модели, предназначенные для моделирования и синтеза сценариев управления ликвидацией ЧС при ликвидации чрезвычайных ситуаций. В главе 6 представлены результаты, полученные в ходе решения прикладных задач по предупреждению и ликвидации ЧС с использованием разработанных методов и моделей. Приложения содержат результаты анализа и моделирования чрезвычайных ситуаций. Глава 3 написана совместно с В.И. Васильевым и Т.М. Смородиновой, глава 4 — совместно с Б.Г. Ильясовым и О.Я. Бежаевой, глава 5 — с О.М. Куликовым. Автор выражает благодарность своим коллегам из МЧС Республики Башкортостан и Уфимского государственного авиационного технического университета за ценные замечания и пожелания, которые способствовали улучшению изложения материала. Глава 1 ПРОБЛЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ 1.1. Классификация ЧС и общие требования к системам оперативного управления ликвидацией ЧС Чрезвычайные ситуации могут быть классифицированы по значительному числу признаков, описывающих эти сложные явления с различных характерных сторон их природы и свойств [6, 14, 133, 147]. В целях формирования единого понятийного аппарата в области защиты от чрезвычайных ситуаций Госстандартом Российской Федерации был разработан и введен в действие комплекс стандартов «Безопасность в чрезвычайных ситуациях» [14, 40]. Для идентификации чрезвычайных ситуаций приказом МЧС России ¹ 329 от 08.07.2004 г. определены критерии ЧС, которые разделены на общие критерии и критерии, учитывающие особенности источника ЧС [147]. Так, общим критерием ЧС при пожарах в зданиях (сооружениях) жилого, административного, учебно-воспитательного, социального, культурно-досугового назначения, здравоохранения является наличие двух (и более) погибших или четырех (и более) человек пострадавших или прямой материальный ущерб 1500 минимальных размеров оплаты труда (и более). В соответствии с критериями, учитывающими особенности источника ЧС, любой факт пожара или взрыва на транспортных средствах, перевозящих опасные грузы, относится к чрезвычайной ситуации. Источниками ЧС выступают различные явления. Все явления, которые нельзя отнести к управлению, называют обстановкой. Совокупность обстановки и принимаемого решения есть ситуация [40]. В целях обеспечения единого подхода к классификации ЧС целесообразно использовать классификацию, основанную на положениях ГОСТ и «Положения о классификации ЧС природного и техногенного характера», утвержденного Постановлением Правительства РФ ¹1094 от 13.09.1996 г. (рис. 1.1). Проблемы моделирования и поддержки принятия решений... Рис. 1.1. Классификация ЧС 13 14 Глава 1 Также возможно построение систем классификации ЧС по следующим п р и з н а к а м: • по динамике развития и ликвидации последствий: — мгновенные ЧС (взрыв, землетрясение, когда нет времени для ПР); — быстропротекающие ЧС (наводнения, сели, оползни, утечки нефти и т. д., когда есть некоторый резерв времени для ПР); — медленно развивающиеся ЧС (старение оборудования или чрезмерное загрязнение окружающей среды, когда имеется достаточно большой резерв времени для ПР); • по масштабу вызванных последствий: — крупномасштабные (стратегические) ЧС; — среднемасштабные (региональные) ЧС; — мелкомасштабные (локальные) ЧС; • по виду нанесенного ущерба: — прямые ЧС; — косвенные ЧС; — ЧС с человеческими жертвами; — ЧС с нарушением экологического равновесия; — ЧС с уничтожением материальных ресурсов. Можно продолжить эту классификацию, например, разделив все ЧС по таким признакам, как причины возникновения ЧС, применяемые средства защиты и ликвидации, по степени риска, связанного с ликвидацией ЧС и т. д. Регулирование государственного управления в области защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций осуществляется российским законодательством, представленным в федеральных конституционных законах, среди которых, наряду с основополагающим Федеральным законом «О защите населения и территорий от ЧС природного и техногенного характера», также можно отметить законы «О чрезвычайном положении», «О военном положении», «О гражданской обороне», «Об охране окружающей природной среды», «О техническом регулировании» и др. Однако в указанных законах используется несогласованная терминология, имеются разночтения. Наряду с понятием «чрезвычайная ситуация» используются также термины «кризисная ситуация», «критическая ситуация», «аварийная ситуация». Основным и наиболее распространенным понятием, обозначающим опасное техногенное событие, является авария — опасное техногенное происшествие, создающее на объекте, определенной территории или акватории угрозу жизни и здоровью людей и приводящее к разрушению зданий, сооружений, оборудования и транспортных средств, нарушению производственного или транспортного процесса, а также к нанесению ущерба окружающей природной среде [40]. На техногенных объектах вследствие неблагоприятного влияния внешней среды, отказов или сбоев аппаратно-программного обеспечения, ошибок персонала, приводящих к нарушению ограничений, уста- Проблемы моделирования и поддержки принятия решений... 15 новленных для характеристик процесса функционирования объекта, могут возникать критические ситуации [79]. В настоящее время устоявшееся и стандартизованное определение критической ситуации отсутствует. В [178] приведен ряд возможных определений критической ситуации. С точки зрения безопасности функционирования объекта управления, критическая ситуация — это такая ситуация, которая возникает в процессе функционирования сложного объекта и при возникновении которой, если не принять и не реализовать соответствующие решения своевременно, может произойти переход в неуправляемую аварийную ситуацию. С точки зрения управления, критическая ситуация определяется как невозможность или затруднительность реализации функции управления сложным объектом с удовлетворительным качеством, которое бы позволило достаточно приблизиться к желаемой цели. Степень близости к цели определяется в каждом конкретном случае на основе определенных критериев эффективности управления. В результате формирования на определенных территориях различных по своему характеру, масштабам и продолжительности угроз жизненно важным интересам личности и общества в последние годы сформировалось и используется еще одно важное понятие — кризисная ситуация. Кризисная ситуация — это обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате техногенной аварии, опасного природного явления, стихийного бедствия, террористического акта, социально-экономического или межнационального конфликта, которая повлекла за собой человеческие жертвы, значительные материальные потери, угрожающие жизни и безопасности граждан, нормальной деятельности государственных и общественных институтов. В [185] предложено качественное описание критериев кризисных ситуаций. Все типы упомянутых ситуаций объединяет важная деталь — процесс зарождения каждой из них является скрытым и, как правило, начинается в нормальных условиях, в результате накопления дефектов, отказов и постепенной деградации объекта. Из множества возможных видов ЧС в работе рассматриваются быстропротекающие чрезвычайные ситуации (БП ЧС) — чрезвычайные ситуации, скорость нарастания и распространения которых ограничена, что создает резерв времени на принятие управленческого решения и его реализацию в виде целенаправленного воздействия на ЧС с целью ее ликвидации или снижения наносимого ущерба. П р и м е р а м и быстропротекающих ЧС могут служить следующие виды чрезвычайных ситуаций: 1) пожары (лесные, локальные на замкнутых территориях или объектах, имеющие несколько очагов возгорания); 2) наводнения (независимо распространяющиеся по различным направлениям в результате быстрого таяния снегов, проливных дождей или прорыва плотины и т.д.); 3) сель, лава, смерч, ураган, самум, тайфун, цунами, циклон, землетрясение, оползень, извержение вулкана, снежные лавины, камнепады; 16 Глава 1 4) засуха, охватывающая большие территории в течение некоторого времени; 5) эпидемии (грипп, тиф, лихорадка, сибирская язва и т.п., распространяющиеся по отдельным территориям); 6) утечки газа, нефти, отравляющих веществ в результате разрыва трубопровода, повреждения цистерн или резервуаров, одновременно в двух и более местах. Эти типы ЧС как объекты управления и как информационные объекты изучены недостаточно полно, чтобы можно было построить для них эффективную систему оперативного управления (СОУ). Для решения последней задачи необходимо разработать теоретические и методологические основы построения данного класса систем. Математическая модель СОУ должна давать качественную оценку эффективности принимаемых оперативных управленческих решений для предупреждения и ликвидации БП ЧС. Особенности протекания некоторых видов ЧС данного класса (например, лесные пожары) позволяют разбить территорию, на которой возникла ЧС, на отдельные ситуационные зоны, в пределах которых задачи управления и ликвидации ЧС можно решать автономно. Для такого класса ЧС актуальной является задача разработки математических моделей СОУ ликвидацией БП многоочаговых ЧС и ее элементов [206]. В дальнейшем при построении СОУ в условиях чрезвычайных ситуаций для обозначения комплекса территорий, опасных производственных объектов (ОПО), населения, проживающего вблизи от ОПО, природных объектов (реки, леса и др.) используется понятие геотехнического объекта. Геотехнический объект (геотехническая система, природно-техническая система, природно-хозяйственный комплекс, природно-производственный комплекс) — это совокупность природных и технических объектов, находящихся в тесной взаимозависимости и формирующих среду жизни человека. Геотехнический объект (ГТО) представляет собой открытую систему, ограниченную в пространстве административными границами, обладающую диалектическим единством компонентов (природных и технических), территориальной разнородностью природной среды и особенностью техногенного воздействия. Состояние ГТО изменяется под влиянием природных процессов, деятельности человека, а также в результате поступления загрязняющих веществ из других регионов. Рассмотрим о с н о в н ы е т р е б о в а н и я, которые предъявляются к СОУ в ЧС. Система оперативного управления в ЧС должна обладать такими свойствами как: 1. Высокая маневренность и мобильность. 2. Способность быстро и адекватно ориентироваться в новой ситуации, правильно и своевременно реагировать на изменение ситуации. 3. Способность к адаптации посредством: а) самоорганизации, т. е. целенаправленного изменения организационной структуры, в том числе путем создания временных организационных структур; Проблемы моделирования и поддержки принятия решений... 17 б) изменения алгоритмов (моделей) принятия решения и тактики поведения в ЧС; в) изменения планов и целей действий в ЧС; г) изменения интенсивности использования ресурсов и темпов деятельности функциональных подразделений. 4. Способность к принятию интеллектуальных управленческих решений в условиях неопределенности и риска с правильной оценкой последствий от реализации принятых решений. 5. Cпособность системы к самосохранению и самозащите. 6. Способность быстро и точно обрабатывать большой объем поступающей информации. 7. Способность достаточно точно прогнозировать развитие ЧС и предвидеть моменты, связанные с чрезмерным повышением риска или с возникновением угроз и опасности. Кроме того, как видно из рис. 1.2, СОУ ЧС должна обеспечивать многоуровневое управление силами и средствами, предназначенными для ликвидации ЧС. Рис. 1.2. Классификация сил и средств систем управления ЧС В общем случае к системе управления ЧС относятся не только органы МЧС России, но и системы управления других ведомств, использование сил и средств у которых играет существенную роль при локализации и ликвидации ЧС. В силу изложенного, СОУ в условиях ЧС должна строиться в классе высокоманевренных, организационных, иерархических, многоцелевых, многофункциональных, многосвязных нелинейных динамических сис- 18 Глава 1 тем, состоящих из множества подсистем различной физической природы, имеющих свои локальные цели и включающих в себя человека как активный элемент. При этом неравновесные режимы функционирования для таких систем являются доминирующими. Таким образом, изучение динамических свойств СОУ в ЧС является сложной научной задачей, так как она представляет собой нелинейную динамическую систему с иерархической структурой, плохо формализуемую, с трудно прогнозируемым поведением. 1.2. Анализ подходов к моделированию ЧС Как и любая ситуация, чрезвычайная ситуация может быть описана кортежем следующим образом: S (t ) = < X (t ), F (t ), U (t ) > , (1.1) где X (t ) — вектор переменных состояния объекта, на котором возникла ЧС; F (t ) — вектор внешних возмущений, дестабилизирующих факторов (угроз); U (t ) — вектор управляющих воздействий, направленных на уменьшение масштабов ЧС. В самом общем виде структура СОУ ЧС представлена на рис. 1.3. Рис. 1.3. Типовая структурная схема СОУ ЧС Предполагается, что управляющие воздействия обеспечивают локализацию и ликвидацию ЧС посредством сокращения продолжительности и объемов действия поражающих факторов, что приводит в конечном итоге к снижению возможных потерь от возникновения ЧС. В отличие от нормальной, и даже критической, ситуации, переменные состояния X i (t ) при возникновении ЧС принимают недопустимые (запредельные значения), что является результатом воздействия экстремальных значений внешних возмущений F j (t ) и требует принятия незамедлительных управленческих воздействий U k (t ), предполагающих выделение на эти цели дополнительно (часто очень больших) людских и материальных ресурсов. В общем случае задача управления ЧС сводится к определению таких значений U (t ), при которых переменные состояния объекта принимают [...] Минимальные системные требования определяются соответствующими требованиями программы Adobe Reader версии не ниже 11-й для платформ Windows, Mac OS, Android, iOS, Windows Phone и BlackBerry; экран 10" Научное электронное издание МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ УПРАВЛЕНИЯ И ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ Ведущий редактор О. Левшина Художник С. Инфантэ Корректор Е. Клитина Компьютерная верстка: Е. Голубова Подписано к использованию 19.03.15. Формат 145×225 мм Издательство «БИНОМ. Лаборатория знаний» 125167, Москва, проезд Аэропорта, д. 3 Телефон: (499) 157-5272 e-mail: info@pilotLZ.ru, http://www.pilotLZ.ru ИЛЬДАР УРАЛОВИЧ ЯМАЛОВ — кандидат технических наук, заместитель начальника Управления по чрезвычайным ситуациям при Правительстве Республики Башкортостан, доцент Уфимского авиационного технического университета, автор более 50 печатных работ. Специалист в области проектирования информационных систем по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций.
