Інформаційна підтримка управлінських рішень з екобезпеки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Інформаційна підтримка управлінських рішень з екобезпеки

М.М. Биченок, С.О. Довгий, О.М. Трофимчук, Український інститут досліджень навколишнього середовища і ресурсів при РНБОУ

Розвивається системний підхід до інформатизації управління заходами щодо запобігання і ліквідації наслідків надзвичайних ситуацій. Пропонуються ефективні методи, засоби і технології підтримки прийняття рішень у територіально розподіленій багаторівневій структурі управління екологічною безпекою.

Развивается системный подход к информатизации управления мероприятиями по предотвращению и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. Предлагаются эффективные методы, средства и технологии поддержки принятия решений в территориально распределенной многоуровневой структуре управления экологической безопасностью.

інформатизація управління екологічний безпека

Abstract

A system approach to control informatization of measures for prevention and liquidation of extraordinary ecological situations is developed. The effective methods, means and technologies for support of decisions making in territorial distributive multilevel structure of ecological safety control are proposed.

Проблема підвищення ефективності управління екобезпекою стає все більш актуальною у зв'язку із зростанням втрат і витрат внаслідок тяжких аварій та стихійних лих. Можливості традиційних підходів до забезпечення надійності технологічних процесів і фізичного захисту об'єктивно обмежені наявними ресурсами на їхню реалізацію. Тому, в умовах ризику і небезпеки надзвичайних ситуацій потрібна більш оперативна і повна мобілізація існуючих ресурсів захисту, а також більш раціональне їх використання у запобіжних і рятувальних заходах. Відповідно, в цих умовах зростають вимоги до оперативності і обгрунтованості управлінських рішень, оскільки будь-які зволікання чи нераціональні дії неминуче призводять до збільшення втрат і витрат.

Управління екологічною (природно-техногенною) безпекою представляє по суті процес підготовки, прийняття і контролю виконання рішень щодо захисту населення, господарських об'єктів і довкілля від уражаючих впливів природного і техногенного походження. Якісне удосконалення цього процесу практично можливе на основі системного використання методів математичного моделювання і оптимізації та засобів комп'ютерної техніки, автоматики і зв'язку [1-6]. Відповідні системи підтримки прийняття рішень із запобігання і реагування на надзвичайні ситуації техногенного та природного характеру (СППР НС) становлять науково-практичний інструментарій для підвищення ефективності захисних заходів. На сучасному етапі потрібне широке впровадження і багатоцільове використання цих систем в ієрархічній структурі органів управління природно-техногенною безпекою. Для зменшення ресурсних і часових витрат на створення СППР НС в органах різних рівнів і призначення, а також для підвищення оперативності їх взаємодії в ієрархічній структурі управління необхідно використовувати єдині системні принципи інформатизації управлінських процесів.

У даній роботі, на основі позитивного досвіду створення діючих варіантів СППР НС, узагальнюються і формулюються принципові положення щодо побудови і функціонування систем цього класу. В якості об'єкта захисту від реальних чи потенційних небезпек припускається будь-який регіон, що представлений соціальними, виробничими і природними компонентами, взаємозв'язаними і взаємодіючими у визначених адміністративно-територіальних, природно-кліматичних чи економіко-географічних межах.

Модельно-алгоритмічний базис. Територіально розподілені, різнорідні, багатозв'язні і динамічні процеси прояву і протидії уражаючим впливам природного і техногенного походження практично не піддаються достатньо точному і повному формальному опису. Разом з тим, вони допускають класифікацію і структуризацію складових компонентів - джерел небезпеки, об'єктів ураження і ресурсів захисту - за загальними причинно-наслідковими і просторово-часовими ознаками. Це дозволяє представляти процеси розвитку надзвичайних ситуацій орієнтованим мультиграфом, вершини якого відповідають якісно різним станам класифікованих компонентів, а дуги - каузальним зв'язкам між цими компонентами у вигляді уражаючих впливів чи захисних заходів. Вважається, що каузальні зв'язки мають обмежену кількість альтернатив, які призводять до якісної зміни станів і властивостей взаємодіючих компонентів. Таким чином загрожуючий, кризовий та післякризовий періоди представляються послідовно-паралельними переходами на графовій моделі [7].

Графова модель припускає подальшу деталізацію і розширення через заміну тих чи інших вершин і дуг на підграфи їх реалізації на рівні складових елементів. Це дає змогу оцінювати рівень небезпеки кожного джерела добутком ймовірності реалізації відповідного повного шляху на графі на величину можливих втрат і витрат. Крім того, можна виявляти найбільш критичні чи уразливі елементи, досліджувати альтернативи зародження і виникнення надзвичайних ситуацій та розробляти упереджуючі контрзаходи.

Для постановки функціональних задач управління захисними заходами на графовій моделі здійснюється параметризація станів джерел небезпеки, об'єктів ураження і ресурсів захисту у загрожуючому, кризовому та післякризовому періодах. Загальним критерієм ефективності управління захисними заходами визначається векторний показник, що характеризує забезпеченість об'єктів ураження ресурсами захисту по кожному виділеному періоду. Для розв'язання функціональних задач за цим критерієм розробляються математичні моделі переходів об'єктів ураження у ті чи інші стани залежно від станів джерел небезпеки і ресурсів захисту. У математичних моделях вирізняються два види параметрів: некеровані і керовані. Перші характеризують процеси прояву уражаючих впливів, другі - процеси виконання захисних заходів. Відповідно, функціональні задачі групуються у два взаємопов'язаних комплекси. У моделюючому комплексі вирішуються задачі прогнозування обстановки за результатами контролю. В управляючому комплексі - задачі розподілу ресурсів захисту за результатами прогнозування. Постановка і розв'язання функціональних задач у кожному комплексі в умовах дефіциту інформації і часу потребують таких моделей, методів і алгоритмів, які використовують мінімальні за обсягом і доступні для оперативного виміру вихідні дані.

Розв'язання прогнозних задач здійснюється на багатомодельній основі відповідно до конкретних видів джерел небезпеки. Для цього можуть застосовуватися аеродинамічні моделі розповсюдження зараженого повітря чи переносу радіоактивних речовин, гідродинамічні моделі формування зон катастрофічного затоплення, статистичні моделі сейсмічної активності та ін. Для просторово - часового відображення швидкоплинної обстановки необхідно розробляти алгоритми прогнозування у картографічній прив'язці, що припускає їх ефективну комп'ютерну реалізацію за допомогою геоінформаційних технологій. Необхідно також забезпечувати виконання прогнозних розрахунків на основі різнорідних вхідних даних, включаючи розвідувальні донесення, сигнали від контрольно-вимірювальної апаратури, сценарії стереотипних ситуацій і т.д.

Для розв'язання розподільних задач можливе застосування математичного апарату дослідження операцій. У даному випадку операціями є захисні заходи, а їх дослідження спрямоване на вибір раціональних рішень щодо розподілу обмежених сил і засобів захисту. Залежно від ступеня невизначеності прогнозованих станів об'єктів ураження і ресурсів захисту та їх каузальних зв'язків (захисних заходів) можливі детерміновані, стохастичні або ігрові постановки задач дослідження операцій. У першому, відносно простому випадку вважається, що показники цих станів піддаються точному кількісному вимірюванню і між ними існує однозначна залежність. Це дозволяє розподіляти ресурси захисту за допомогою моделей математичного програмування. За різних вихідних припущень можуть застосовуватися лінійні, нелінійні, динамічні та інші моделі цього класу. Найскладніші з них визначають раціональне використання ресурсів одного й того ж виду для виконання різних заходів, або динамічний перерозподіл різних за видами ресурсів по ходу зміни обстановки. Раціональне рішення знаходиться методом послідовних наближень.

Якщо відомі закони розподілення випадкових реалізацій прогнозованих процесів, для управління ними можливе застосування моделей масового обслуговування. Найпростіша з них представляє одноканальну систему з постійними параметрами вимог і швидкості обслуговування. Більш складні моделі можуть описувати процеси поетапного обслуговування у заданій послідовності каналів, або коли всі чи частина каналів виконують різні види обслуговування, або коли змінюється дисципліна і час обслуговування чи кількість каналів, що використовуються на різних етапах. Ці моделі дозволяють визначати мінімально необхідну кількість і доцільний порядок використання ресурсів захисту, раціонально їх розподіляти і поповнювати, обгрунтовувати їх нормативні запаси і резерви.

Коли невідомі ймовірності реалізації альтернатив розвитку надзвичайних ситуацій, але установлено області значень параметрів їх компонентів, формалізація процесів управління захисними заходами можлива за допомогою ігрових моделей. У цьому класі моделей практичний інтерес представляють антагоністичні ігри з природою, для яких множина стратегій гравців скінченна і виграш одного з них дорівнює програшу іншого. Припускається, що невідома закономірність поведінки природи призводить до найбільш несприятливих наслідків для оперуючої сторони. Розумна стратегія гри визначається за принципом максиміна, який гарантує певному гравцеві максимальний виграш при мінімальному програші іншого гравця. Пошук раціонального рішення здійснюється шляхом багатократного проходження платіжною матрицею гри. Для цього організуються ділові чи воєнні ігри, або комп'ютерне моделювання.

Розглянуті підходи до розв'язання розподільних задач засновані на формальній оптимізації функцій, визначених на множині комбінацій дискретних змінних. Переборні методи пошуку оптимального рішення при збільшенні кількості змінних характеризуються швидким зростанням складності і, відповідно, часу обчислень. Крім того, в умовах ризику і небезпеки більшість параметрів швидкоплинної обстановки не піддається оперативному кількісному виміру. Тому, в реальних умовах мають певні переваги логіко-лінгвістичні моделі, які базуються на експертній квантифікації якісних параметрів і порівняно просто реалізуються у вигляді логічних співвідношень, семантичних мереж, фреймів або систем продукцій. Зазначені формалізовані моделі дозволяють описувати каузальні зв'язки не тільки між якісними параметрами обстановки, але й кількісними. На цій основі будуються так звані гібрідні, або розрахунково-логічні моделі, що поєднують переваги обчислювальних методів при виконанні розрахункових операцій із можливостями експертних оцінок при виборі логічно упорядкованих захисних заходів. Таким чином розширюється спектр функціональних задач СППР НС.

Інструментально-забезпечуючі засоби. Побудова забезпечуючої частини СППР НС обумовлена наступними особливостями процесів, що автоматизуються:

просторово-часова розподіленість численних джерел і різнопріоритетних споживачів інформації;