CC BY
176
ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
УДК 004.9
ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ КОМПЛЕКСНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ ЗАЩИТЫ АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ОТ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ*
С.Ю. Яковлев
Институт информатики и математического моделирования технологических процессов КНЦ РАН;
Кольский филиал Петрозаводского государственного университета
Аннотация
Рассмотрена задача информационно-аналитического обеспечения безопасности Арктических промышленно-природных комплексов, выполнена классификация основных опасностей. Предложены технология синтеза рациональных структур информационного обеспечения управления безопасностью и методика построения дискретных моделей потенциальных опасностей. Разработана информационная технология поддержки защищенности критически важных объектов Арктической зоны.
Ключевые слова:
Арктическая зона, система безопасности, информационно-аналитическое обеспечение.
Введение
Стратегическое значение Арктики возрастает, этот регион оказывается в центре внимания многих стран, что создает угрозы реализации интересов России. Одной из ключевых характеристик Арктического региона является его высокий конфликтный потенциал [1]. Современное состояние и основные тенденции развития ситуации вокруг ресурсов Арктики определяются следующими основными группами факторов: геополитические,
макроэкономические, природно-климатические, военно-политические. Возникновению конфликтов способствуют споры относительно делимитации морских границ, разграничения шельфа, режима судоходства, экологических проблем, биоресурсов и т.п. При отсутствии обоснованных претензий международно-правового характера активно используются способы политического и информационного давления.
Высокую значимость для Арктических регионов приобретает проблема промышленноэкологической безопасности. Особенностями Арктической зоны РФ являются экстремальные природно-климатические условия, очаговый (кластерный) характер освоения территорий, низкая плотность населения, удаленность от основных промышленных центров, высокая ресурсоемкость, зависимость от других регионов России и зарубежных партнеров, уязвимость экологических систем. Отметим слабую изученность проблемы промышленно-экологической безопасности Российской Арктики, в сочетании с возрастающей динамикой техногенноприродных изменений. Специфика безопасности развития Арктической зоны РФ состоит в том, что, с одной стороны, уровень безопасности региона существенно зависит от глобальных угроз, с другой стороны, возможные кризисы и чрезвычайные ситуации, обусловленные особенностями региона, способны привести к дестабилизации систем более высокого уровня - федерального, международного, мирового. Подобная особенность иногда именуется "глокализацией" [2].
Пилотным полигоном исследований является Мурманская область как наиболее изученный промышленно-экологический регион Арктической зоны РФ. Мурманская область является уникальным Арктическим регионом с точки зрения геополитического и геоэкономического
* Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект № 12-07-00138-а.
84
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 3/2014(18)
С.Ю. Яковлев
положения, роли в обеспечении обороноспособности страны, запасов природных ресурсов. Объект исследований - задачи информационно-аналитического обеспечения рискоустойчивого развития промышленно-природных комплексов Арктических регионов РФ. Цель исследований -разработка информационных технологий обеспечения техногенно-экологической безопасности развития.
В статье представлены некоторые результаты первого этапа работ по созданию системы комплексной безопасности для защиты территорий, населения и критически важных объектов Арктической зоны Российской Федерации (АЗРФ) от чрезвычайных и кризисных ситуаций. Работы выполнялись в рамках Государственного плана мероприятий по реализации "Стратегии развития АЗРФ и обеспечения национальной безопасности на период до 2020 года".
Общая постановка проблемы и основные результаты схематично представлены на рис. 1.
Рис. 1. Постановка задачи обеспечения техногенно-экологической безопасности
1. Система основных понятий, принцип приемлемого риска
На рис. 2 представлена система принятых в работе последовательно определяемых понятий предметной области [3].
При моделировании представляется целесообразным применение известного в теории безопасности принципа приемлемого риска, т.е. риска, достижимого и оправданного (допустимого) с точки зрения социально-экономических и экологических факторов обеспечения безопасности развития, риска, с которым общество готово мириться ради получения определенных положительных результатов своей деятельности в настоящем и будущем. Величина приемлемого риска определяется достигнутым уровнем знаний, социальноэкономическими возможностями государства, общественным мнением, а также региональными особенностями. Обоснование уровня приемлемого риска регионального развития -самостоятельная научная задача.
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 3/2014(18)
85
Основы создания системы комплексной безопасности для защиты Арктической зоны ...
Управление
безопасностью
Рис. 2. Основные понятия
2. Основные техногенно-экологические опасности Арктических регионов РФ
Опасности могут классифицироваться по различным признакам [4]:
• по источникам - природные, антропогенные (социогенные, техногенные), комбинированные, внутренние, внешние;
• по объектам воздействия - социально-политические, экологические, экономические;
• по масштабам (уровням) потенциальной опасности - локальные, региональные, федеральные, глобальные;
• по временному фактору;
• по месту проявления - континентальные, шельфовые, смешанные.
К настоящему времени в Арктическом регионе РФ создана многопрофильная производственная и социальная инфраструктура преимущественно сырьевых отраслей экономики, а также военно-промышленного и транспортного комплексов.
Основные возможные проявления техногенных опасностей в Арктической зоне РФ [5, 6]:
• разливы нефти и нефтепродуктов;
• аварии в жизнеобеспечивающих системах ЖКХ городов и поселков Арктической зоны;
• аварии на магистральных газопроводах, проложенных в сложных условиях многомерзлотных пород;
• аварии на промышленных предприятиях, в т.ч. на радиационно опасных объектах;
• аварии, связанные с эксплуатацией Северного морского пути, кораблекрушения.
• аварии на сооружениях, возведенных на многомерзлотных породах, в связи с наблюдаемым потеплением в Арктической зоне.
86
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 3/2014(18)
С.Ю. Яковлев
В целом все процессы возможных техногенных аварий и катастроф в Арктике, в условиях низких температур, с учетом иных природно-климатических факторов, имеют очень серьезные специфические особенности, которые должны учитываться при построении моделей безопасности развития промышленно-природных комплексов.
Арктика - одна из самых хрупких экосистем планеты. Экологические проблемы Арктики в силу ее природно-географических особенностей имеют высокую вероятность перерасти из региональных в глобальные.
Основные угрозы экологического характера в Арктической зоне России связаны со следующими причинами:
• увеличение загрязнения и деградация компонентов природной среды в условиях растущей антропогенной нагрузки;
• накопление отходов;
• высокие риски при освоении природных ресурсов;
• глобальные климатические изменения и их влияние на зону распространения вечной мерзлоты;
• развитие опасных гидрометеорологических, ледовых и других природных процессов, увеличение риска и ущерба от этих процессов.
Отметим особенности Мурманской области, важные для вопросов безопасности. Практически вся территория региона находится за полярным кругом в суровых природноклиматических условиях. Область расположена на пересечении международных морских торговых путей. Пограничное положение имеет военно-стратегическое и экономическое значение. Региональная система перегружена объектами оборонно-промышленного комплекса. Заметную роль играют внешние связи, как с субъектами Федерации, так и с иностранными партнерами. Экономика области сильнее, чем для многих других регионов РФ, зависит от внешних факторов. К этим факторам относятся глобальные процессы (определяющие уровень цен на апатит, никель, алюминий, медь), снабжение продуктами питания (большая доля импорта), доставка топлива, финансовое обеспечение, пропускная способность транспортных магистралей. Область характеризуется исторически сложившимся небольшим числом развитых (регионообразующих) отраслей (минерально-сырьевая база - горнопромышленный комплекс, рыбопромысловая база, оборонно-промышленный комплекс, энергетика), наличием градообразующих предприятий. Велика опасность радиоактивного загрязнения региона из-за неудовлетворительного технического состояния объектов хранения радиоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива на Северном флоте РФ. На атомных подводных лодках, находящихся в отстое, и судах технического обслуживания, а также в береговых хранилищах Кольского полуострова сосредоточено около 250 активных зон реакторов.
з. Синтез рациональных структур информационного обеспечения безопасности развития региональных промышленно-природных комплексов
Необходимым условием эффективного управления безопасностью развития является информационное обеспечение процесса управления. Построение системы управления предполагает разработку, для различных вариантов развития региона, рациональных (достаточных и не избыточных) структур данных, на основе которых будут приниматься решения [7].
Определены типовые структуры данных, относящихся к различным видам опасных процессов и объектов. В качестве примера приведем основные составные части информации по обороту опасных веществ.
Блоки общей (справочной) информации, имеющей отношение к любому опасному процессу или объекту данного типа. Сюда включаются:
• законодательная и нормативно-справочная информация (данные имеют иерархическую
и, возможно, матричную структуру);
• словарь основных терминов;
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 3/2014(18)
87
Основы создания системы комплексной безопасности для защиты Арктической зоны ...
• физико-химические характеристики опасных веществ;
• данные об авариях на аналогичных объектах.
Далее следуют блоки, характеризующие конкретный процесс или объект.
Блоки технологической информации включают в себя характеристики основных технологических процессов (разведка, добыча и/или производство, транспортировка, переработка, хранение, реализация и т.д.), связанных с опасными веществами.
Блоки анализа опасностей и рисков содержат перечни контролируемых параметров и показателей, методы и модели оценки опасностей, сценарии возможных аварий и таблицы принятия решений.
Оценка техногенно-природных рисков может выполняться для существующей или проектируемой совокупности опасных процессов и объектов. На рис. 3 представлена технология синтеза рациональных структур информационного обеспечения для управления безопасностью развития типовых промышленно-природных комплексов Арктических регионов РФ. Условно показаны различные варианты (сценарии развития) регионального промышленноприродного комплекса (на примере оборота нефтепродуктов).
Рис. 3. Синтез рациональных структур информационного обеспечения
Каждый из опасных технологических процессов детализируется до уровня включенных в него опасных объектов, другими словами, формируется дерево процессов и объектов. Далее к полученной структуре осуществляется привязка соответствующей справочной и рисканалитической информации. Технология позволяет, для различных сценариев развития региона, оптимизировать структуру и состав разнородной взаимосвязанной информации (законодательносправочной, технологической, риск-аналитической), необходимой для оценки потенциальных рисков. Оценка техногенно-природных рисков может выполняться для существующей или проектируемой совокупности опасных процессов и объектов, для различных вариантов (сценариев развития) и стадий жизненного цикла регионального промышленно-природного комплекса.
88
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 3/2014(18)
С.Ю. Яковлев
Технология ориентирована на повышение безопасности развития промышленноприродных комплексов Арктической зоны РФ и апробирована в ходе анализа риска ряда промышленно-природных комплексов Мурманской области.
4. Моделирование и оценка опасностей на основе бинарных отношений
На рис. 4 представлены основы единого методического подхода к формальному описанию предметной области [8]. В составе промышленно-природно-социальной системы (универсум) выделяются источники и объекты воздействия (приемники) опасностей. Строится несущее множество - объединение источников и приемников. На нем определяется множество упорядоченных пар "источник - приемник", тем самым задается отношение, называемое отношением опасности. Несущее множество с заданным на нем отношением опасности представляет собой базовую (первичную, исходную) модель опасностей, элементы и отношения в ней на данном этапе полагаются однородными. Описанный конструктивный способ построения представляет собой, по существу, методику получения и обработки экспертных знаний, ориентированную на формирование базовой модели.
Выделены типовые элементы и структуры, имеющие содержательный смысл. Предложены показатели для оценки опасности, как отдельных объектов (элементов модели), так и регионального промышленно-природного комплекса в целом.
Построение модели
Типы элементов и структур
опасностей опасности!
Несущее лшожеств о О - S и А Отношение опасности /?£ 0*0
Til — (О.й) — базовая шодол ьопасн остей
X К £
<шпдник» «жертва» «микст» петля
ое £iO^
Пустое отношение Диагональное отношение Полное отношение
Показатели опасности элементов и структур
Они/} - ЧИСЛО 1ЮНИЯЩ1 к дуг Oid(i) 4(1) = - степень опа ci юсл i j-го ллелкига Jr
1и</} - число вводящие дуг /я(й v(i) = —— — степень удчвтюспи-го элемента
|<3 *- количеств оду г графа J -степень опасности структуры
к -число элементов модели ft - 1 —f - степень безопасности структуры
Рис. 4. Дискретные модели потенциальных опасностей
Методика позволяет, для различных вариантов изученности предметной области, формировать наглядные графические и матричные модели опасностей, а также выполнять экспресс-анализ риска. Достоинствами такого подхода являются возможности: ограничения на начальном этапе минимальной информацией, выявления недостающих знаний, наращивания первичной модели.
5. Пример: информационная поддержка защищенности типовых критически важных объектов Арктической зоны РФ
Разработка планов повышения защищенности критически важных объектов (КВО) от угроз техногенного, природного характера и террористических актов - относительно новый и важный элемент планирования и осуществления мероприятий по предупреждению и ликвидации возможных чрезвычайных ситуаций (ЧС).
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 3/2014(18)
89
Основы создания системы комплексной безопасности для защиты Арктической зоны ...
Критически важные объекты классифицируются по значимости, по видам опасности, по уровням угроз. Классы могут быть разбиты на категории КВО, например, для класса "вид опасности" это могут быть базы хранения, объекты энергетики (электро и теплостанции), объекты транспорта, перерабатывающие заводы, добывающие комплексы и т.п. Объекты каждой категории имеют свою специфику. Выделены типовые КВО Арктических регионов РФ [9].
Разработана информационная технология анализа состояния объекта с точки зрения его значимости и последствий ЧС. Обоснована структура комплекса возможных мероприятий, реализуемых типовым объектом и направленных повышение защищенности. По каждому мероприятию оцениваются срок реализации и объем финансирования. Дается интегральная оценка уровня защищенности объекта (например, в процентах) в результате реализации планируемых мероприятий. Строятся карты (ситуационные планы) обстановки в зонах возможных ЧС, схемы организации связи и управления, определяется состав группировки сил и средств борьбы с ЧС, прилагаются копии объектовых документов, имеющих отношение к плану повышения защищенности.
Основные этапы исследования защищенности КВО представлены на рис. 5.
Рис. 5. Информационно-алгоритмическая схема исследования защищенности типовых критически важных объектов Арктической зоны РФ
Технология поддерживает классификацию и идентификацию объектов, оценку уровня защищенности, разработку комплекса мероприятий организационного, методического, инженерного, экономического, социального и иного характера, направленных на повышение уровня промышленно-экологической безопасности. Технология апробирована в ходе разработки планов повышения защищенности ряда объектов Мурманской области.
Заключение
Выполнен первый этап работ по созданию единой системы информационноаналитического обеспечения задач управления комплексной безопасностью АЗРФ.
Сформирована система основных понятий предметной области, выполнена классификация основных опасностей Арктических регионов РФ, разработана постановка задачи обеспечения безопасности развития регионов.
90
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 3/2014(18)
С.Ю. Яковлев
Разработана технология синтеза рациональных структур информационного обеспечения для управления безопасностью развития типовых промышленно-природных Арктических кластеров. Технология позволяет, для различных сценариев развития регионов, оптимизировать структуру и состав разнородной взаимосвязанной информации (законодательно-справочной, технологической, риск-аналитической), необходимой для оценки потенциальных рисков. Технология ориентирована на повышение безопасности развития Арктической зоны РФ и апробирована в ходе анализа риска ряда промышленно-природных комплексов Мурманской области.
Для комплексного управления разнородными рисками создана методика построения дискретных моделей потенциальных опасностей, предложены показатели оценки опасности как отдельных объектов, так и региональных промышленно-природных кластеров Арктической зоны в целом. Методика позволяет, для различных вариантов изученности предметной области, формировать наглядные графические и матричные модели опасностей, а также выполнять экспресс-анализ риска.
Предложенные подходы апробированы на примере задачи информационной поддержки защищенности типовых критически важных объектов Арктической зоны РФ от угроз техногенного, природного характера и террористических актов.
ЛИТЕРАТУРА
1.Методологические основы диагностики и анализа угроз процессам управления реализацией государственной политики России в Арктике / В.Л. Шульц, В.В. Кульба, А.Б. Шелков, И.В. Чернов // Проблемы управления безопасностью сложных систем: Труды ХХ Международной конференции. 19.12.2012г., Москва, декабрь 2012г. / под ред. Н.И. Архиповой, В.В. Кульбы. М.: рГГУ, 2012. С. 18-26. 2. Горелова Г.В., Рябцев В.Н. Когнитивное имитационное моделирование геополитических процессов в мировых регионах // Проблемы управления безопасностью сложных систем: Труды ХХ Международной конференции. 19.12.2012г., Москва, декабрь 2012 г. под ред. Н.И. Архиповой, В.В. Кульбы. М.: РгГУ, 2012. С. 39-42. 3. Masloboev A.V., Putilov V.A., Yakovlev S.Yu. Information technologies for industrial-ecological safety management support of regional mining complex development (on example of "Apatit" mineral resource industry Public Corporation) // ВестникМГТУ (ТрудыМурманскогогосударственноготехническогоуниверситета). 2012. Т. 15, № 2. С. 369-379 (на англ. яз.). 4. Быков АА, Порфирьев Б.Н. Об анализе риска, концепциях и классификациях рисков // Проблемы анализа риска. 2006. Т. 3, №4. С. 319-337. 5. Акимов, В.А., Соколов Ю.И. Риски чрезвычайных ситуаций в Арктической зоне России // Проблемы анализа риска. 2010. Т. 7, №4. С. 26-49. 6. Арктика: перспективы развития // Север промышленный. - Мурманск: ИД "Гелион", 2009, октябрь. С. 4-9. 7. Яковлев, С.Ю. Синтез рациональных структур информационного обеспечения безопасности развития региональных промышленно-природных комплексов // Север и рынок: формирование экономического порядка. 2013. № 1. С. 91-93. 8. Яковлев С.Ю. Базовая структурная модель опасностей промышленно-природного комплекса // Труды Кольского научного центра РАН. Информационные технологии Вып. 3. 2012. № 4 (11). С. 150-157. ^N 978-5-91137-222-4. 9. Яковлев С.Ю., Исакевич Н.В. Информационное обеспечение разработки планов повышения защищенности критически важных объектов // IV Всероссийская научная конференция "Теория и практика системной динамики" (Апатиты, 29-31 марта 2011 г.). Труды конференции. Апатиты: КНЦ РАН, 2011. С. 170-175.
Сведения об авторах
Яковлев Сергей Юрьевич - к.т.н., старший научный сотрудник Института информатики и математического моделирования технологических процессов КНЦ РАН;доцент Кольского филиала Петрозаводского государственного университета; e-mail: yakovlev@iimm.ru
ВЕСТНИК Кольского научного центра РАН 3/2014(18)
91
