CC BY
65
УДК—355.58, 351.862.1, 351.862.211.7, 355.583
Батталов С. Т.
АКТУАЛЬНОСТЬ ОЦЕНКИ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ОПОВЕЩЕНИЯ НАСЕЛЕНИЯ И ОСНОВНЫЕ МЕТОДИКИ ЕЕ РЕАЛИЗАЦИИ
В статье обосновывается актуальность модернизации действующей системы оповещения, приводится, состояние проблемы анализа надежности и дается обзор существующих оценок структурно-сложных технических систем.
Ключевые слова: надежность, оценки надежности, система оповещения населения, структурно-сложные технические системы.
Battalov S. Т.
CURRENT RATING RELIABILITY OF NOTIFICATION OF POPULATION AND BASIC METHODS OF ITS IMPLEMENTATION
The article provides relevant modernization of the existing notification system, state of the problem of reliability analysis and review of existing assessments structurally complex technical system,s.
Keywords: reliability, safety assessment, public notification system, structurally complex technical system,s.
Риск техногенных катастроф и величина экономического и социального ущерба от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера увеличивается по мере возрастания числа потенциально опасных объектов на территории страны, недостаточного развития инфраструктуры, обеспечивающей своевременное осуществление спасательных мероприятий, в том числе систем раннего обнаружения и оповещения населения об угрозе или возникновении различных чрезвычайных ситуации.
По данным Комитета по чрезвычайным ситуациям МВД Республики Казахстан только за 2015 год зарегистрировано 17678 чрезвычайных ситуаций и случаев природного и техногенного характера. При этом число чрезвычайных ситуаций техногенного характера составило 12149 случаев (83,5% от общего числа ЧС), по сравнению с аналогичным периодом 2014 года число техногенных чрезвычайных ситуаций увеличилось на 117 случаев или на 1%. Материальный ущерб по предварительным данным составил 4126,7 млн тенге, по сравнению с аналогичным периодом прошлого года увеличился на 10% (2014 г. — 3749,8 млн тенге) и тенденция по указанным показателям с каждым годом увеличивается [1].
Вместе с тем усиливается техногенная на-
грузка на природную среду, трансграничный перенос загрязнений и вызванные этим глобальные экологические изменения привели за последние годы к крупным наводнениям, природным пожарам, селям и другим природным чрезвычайным ситуациям во многих областях страны, для которых такого рода происшествия были не характерны или масштабы были значительно меньше.
В этой связи необходимо помнить, что для недопущения или максимального уменьшения погибших и пострадавших при угрозе или возникновении бедствия, важнейшим условием является оперативное и своевременное оповещение и информирование населения, органов государственного управления и организаций в зоне чрезвычайной ситуаций. Инструментом, способным обеспечить неотложные меры по уменьшению человеческих и материальных потерь, является наличие локальных систем оповещения в районах размещения потенциально опасных объектов и централизованной государственной системы оповещения при угрозе и возникновении чрезвычайных ситуаций с надежной организационно-технической структурой [5].
Информирование и оповещение населения занимает важное место в комплексе меропри-
ятий, обеспечивающих защиту населения при угрозе и возникновении ЧС. Действующая система оповещение населения, органов управления и сил государственной системы гражданской защиты Республики Казахстан не в полной мере позволяет обеспечить оперативное реагирование на чрезвычайные ситуации, снижение потерь населения и материального ущерба [2]. В настоящее время централизованная система оповещения населения (СОН) представляет собой структурно сложные территориально распределенные системы, построенные по радиаль-но узловому иерархическому принципу в соответствии с государственно-административным делением Республики Казахстан.
СОН имеет три иерархических уровня: республиканский, областной и объектовый. Вышестоящие уровни оповещения имеют приоритет по отношению к нижестоящим. При анализе структурного построения системы приоритетность выражается в виде значимости центров (пунктов) оповещения верхних уровней по отношению к нижестоящим (подчиненным) [6].
В настоящее время СОН работает на аналоговых принципах передачи (приема) служебных сообщений, находится на эксплуатации более 40 лет (при сроке службы 12,5 лет), и следовательно, морально и физически устарела, а также не в полной мере отвечает требованиям нормативно правовых актов Республики Казахстан, регламентирующих вопросы оповещения и информирования населения.
В соответствии с законом Республики Казахстан «О гражданской защите» от 11 апреля 2014 года № 188-У ЗРК определено, что одной из основных задач государственной системы гражданской защиты является информирование и оповещение населения, органов управления гражданской защиты заблаговременно при наличии прогноза об угрозе возникновения чрезвычайной ситуации и (или) оперативно при возникновении чрезвычайной ситуации [2].
Вместе с тем, действующей СОН присущи еще ряд недостатков, которые не отвечают современным требованиям:
— по техническим параметрам передача команд может осуществляться только с аналоговым оборудованием, которое на данный момент практически полностью заме-
нено на цифровое;
— по техническим параметрам передача команд может осуществляться только с аналоговым оборудованием, которое на данный момент практически полностью заменено на цифровое;
— изменились принципы приема телерадиосигналов, а также количество телеканалов возросло в разы, и П-160 неспособно охватить их всех ;
— изначально П-160 своим охватом доходило только до уровня районного центра, что исключает 100% охват всего населения страны, и другие [7].
Следовательно, техническое состояние действующих СОН определяет увеличение времени на оповещения населения и низкий уровень охвата населения оповещением на всей территории республики.
Кроме того, в условиях сохранения высокого уровня рисков техногенного и природного характера, негативных последствий чрезвычайных ситуаций для устойчивого социально-экономического развития страны, появление новых угроз жизни и здоровью людей одним из важных элементов обеспечения национальной безопасности Республики Казахстан является совершенствование системы обеспечения комплексной безопасности страны.
Необходимо подчеркнуть, что тенденция снижения уровня показателей надежности функционирования и целевого применения существующей СОН продолжает сохраняться.
Следовательно, необходима модернизация существующих или создание новых СОН, в том числе и локальных систем оповещения на потенциально-опасных объектах, в результате которой обеспечивается повышение качества функционирования и эффективности практического применения СОН, вследствие этого достигается более высокий уровень безопасности населения.
С учетом вышесказанного представляется возможным формулирование противоречия, которое заключается в необходимости оперативно оповещать население, но невозможности из-за отсутствия современной системы оповещения. Второе противоречие вытекает из первого
в том, что отсутствует методика оценки надежности как для действующей сети системы, так и для проектирования и создания СОН нового поколения, а значит будет весьма сложно построить максимально надежную структуру системы.
Разрешение противоречия возможно на основе применения более простых и менее трудоёмких методов анализа надёжности функционирования организационно-технической структуры системы.
При оценке надежности технических сетей связи наиболее распространённой математической моделью является случайный граф. Его технические составляющие (вершины и ребра) присутствуют в графе с некоторыми вероятностями. Отсутствие какого-либо элемента графа моделирует неработоспособность соответствующего элемента «сети связи» (узла или линии). Поэтому в качестве вероятностей существования элементов графа обычно берутся значения коэффициентов готовности элементов сети. Как правило, предполагается, что различные элементы существуют независимо друг от друга.
Как известно, классификация надежности, как правило, проводится на элементную и структурную. Вершины или узлы схемы СОН относиться к элементной надежности, а ребра к структурной. Предположим, что для упрощения расчетов надежность этих вершин системы равна единице, т.е. абсолютно надежны.
В теории графов существуют два полюса 5 и которые соответствуют вершинам, между которыми есть связь. В качестве основного критерия используется вероятность связности двухполюсных сетей, т.е. вероятность того, что между 8 и 4 в работоспособном состоянии существует хотя бы одно направление связи. В теории надежности такой показатель называют коэффициентом готовности какого-либо направления связи [3].
Для анализа надежности больших технических систем наибольшее распространение получили двухсторонние оценки, дающие нижнюю и верхнюю границы для точного определения коэффициента готовности или вероятности связности сети. В настоящее время известны
несколько способов расчета подобных оценок, таких как оценки Эзари-Прошана (ОЭП), оценки Литвака-Ушакова (ОЛУ), Экспресс-оценки (ЭО) и т.д. [8].
ОЭП являются первыми двухсторонними оценками и для их описание необходимо ввести понятия простых цепей и простых разрезов.
Простая цепь — это последовательно соединенные ребра, соединяющие между собой полюса 5 и I. Простым разрезом называют минимальное по включению множество ребер, удаление которых разрывает все пути между полюсами сети.
Для получения верхней ОЭП необходимо определить и просчитать все простые цепи, а для нижней - все простые разрезы, рисунок 1, а) и б).
ОЛУ отличается от ОЭП тем, что используется сеть, представляющая собой параллельное соединение не имеющих общих ребер простых цепей, в каждом из которых все ребра данного пути соединяются последовательно. Верхняя ОЛУ получается на сети, представляющей собой последовательное соединение непересекающихся простых разрезов, в каждом из которых все ребра данного разреза соединяются параллельно. Верхняя и нижняя ОЛУ получаются друг из друга заменой разрезов.
Если вероятности существования ребер не очень различаются между собой, то ОЛУ используют максимальное по мощности множества простых цепей и разрезов. Соответствующие оценочные структуры, построенные на основе непересекающихся цепей и разрезов, были названы горизонтальными и вертикальными независимыми каркасами (ГНК и ВНК), рисунок 1, в) и г).
В основе метода ЭО лежит построение умощненных горизонтальных и вертикальных независимых каркасов (УГНК и УВНК), представляющих собой приводимые сети, максимально близкие к исходной и получаемые из нее, соответственно, удалением ребер и отождествлением вершин, рисунок 1, д) и е). На примере рисунка 1 рассмотрим и проведем расчеты по вышеуказанным методикам.
Надежность связи между 5 и которую ненных ребер, входящих в путь может быть обозначим Р^—, оценивается вероятностью Рп определена следующим образом[4]: всех п, п 1,2,..., К, последовательно еоеди-
N N
Pi-з = П Рп = П(1 - ^ ), w
п= 1 га=1
где N — общее число ребер, входящих в путь Очевидно, при п = 2 равенство (3) примет б"»—. вид:
Р 1,2 = Р1-,Р2,
а при il 3
Р1,2,3 = Р1, -Р2, -Рз ,И Т.Д.
А вероятность связности параллельно со- по формуле: единенных сетей связи между Sut определим
pai-aj = 1 - П (1 - Р— ), (2)
„к
~3
к=1
где р\_ ~ определяется в соответствии с (1) вид:
Очевидно, что при к 2 равенство (2) примет
pai-aj = 1 - (1 - р}_,)(1 - р1_,),
(3)
а при к=3
= 1 - (1 - pl-j)(1 - p2i-j)(1 - pf-j) и т.д.
г-р
(4)
Для упрощения расчетов примем, что веро- На основании (2) и (3) получаем следующие ятность существования всех ребер на рисунке 1 расчетные формулы для нахождения (нижние равны = 0,9. оценки) и (верхние оценки):
— для ОЭП:
P"t = (1 - (1 - Рт)(1 - Рв)) • (1 - (1 - Р?)(1 - рд)(1 - Pi2)(1 - рц))
• (1 - (1 - pr)(1 - рд)(1 - Pii)(1 - Pis)(1 - Pi5)) • (1 - (1 - Рв)(1 - P9)(1 - Pio))
• (1 - (1 - Рв)(1 - P9)(1 - Pis)(1 - PH)) • (1 - (1 - Ы(1 - Ы(1 - Pii))•
• (1 - (1 - Pio)(1 - Pii)(1 - Pis)(1 - Pi5)) • (1 - (1 - Pii)(1 - Pii)(1 - Pis)(1 - Pu))^
• (1 - (1 - M(1 - Ы(1 - Pi5)).
PS,t = (PlPiOPu) • (piP9Pii) • (P7P9PiiPi5) • (piPvPiiPiSPu) • (ßePiiPib) • (рври) • (рвР^РюРи)^
• (P8P9Pi0PiSPi5) • (РвРИPiSPu).
— для О Л У:
Ps,t = 1 - 1(1 - P7Pi0Pu) • (1 - PePii).
Ps,t = (1 - (1 - Pr) • (1 - Pii) • (1 - Рв)) • (1 - (1 - Pia) • (1 - Pib))-
_ дЛЯ 3Q.
Ps,t = 1 - 1(1 - PrPiOPu) • (1 - ((1 - (1 - PiiPi5)(1 - Pii)) • Рв).
Ps,t = (1 - (1 - Pr)(1 - рв)) • (1 - (1 - ((1 - (1 - Ы(1 - Pii)) • (1 - (1 - M(1 - Pi5)))) • (1 - Pii).
Соответственно после нахождения Pgtn Pgt ние вероятности связности (Pgt) между S и t можно найти приближенную оценку или значе- по формуле [8]:
Р:
Рв + Рн
s,t
s,t
2
(5)
Результаты расчетов сведем в таблицу 1. Таблица 1 - Результаты расчетов нижних и верхних оценок вероятности связности между 5 и I
Тип оценок р н Р в Ps,t
ОЭП 0,986628 0,999991 0,993309
ОЛУ 0,948510 0,989010 0,968760
эо 0,968265 0,988030 0,978147
Из таблицы 1 видно, что ОЭП наиболее точно из трех методов определили коэффициент готовности ребер сети, однако малопригодны ввиду достаточной сложности и трудоемкости для практического применения из-за необходимости нахождения всех простых цепей и разрезов. Для больших сетевых структур эта задача весьма сложна. Получение ОЛУ и ОЭ менее трудоемко, но точность оценок на несколько порядков ниже.
Приведенные расчеты показали, что существующие двухсторонние оценки надежности структурно сложных систем имеют недостатки, не удовлетворяющие практическим потребностям, а именно несоответствие ГОСТу Р
53111-2008 «Устойчивость функционирования сети связи общего пользования. Требования и методы проверки», где коэффициент готовности местных сетей связи, который является показателем технической нормы надежности сети электросвязи, равен 0,9999. Поэтому требуется устранить существующее противоречие между возрастающими потребностями в повышении надежности действующих СОН и устаревшими технологиями анализа их функционирования и модернизации.
Сформулированная научная постановка является системной, которую формально можно представить в виде функционала:
Р<УГ = ф(Кр\М9) ^ max,
означающего: постоянную оперативную готовность Рог СОН, определяющуюся комплексным показателем работоспособности Кр, кото-
(6)
рая зависит от принятой модели эксплуатации (Мэ) и которая должна стремиться к максимальному значению.
Литература
1. Обзорно — аналитическая информация о выявленных тенденциях развития чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, происшедших на территории Республики Казахстан за 2015 год. [Электронный ресурс]: режим доступа http: //goo. gl/rwuDgl (дата обращения 16.11.2016)
2. Закон Республики Казахстан «О гражданской защите» от 11 апреля 2014 года ,№188-V ЗРК.
3. Носов М.В. Основные характеристики и показатели качества функционирования систем оповещения населения / / Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. АГЗ МЧС России. - Химки. - 2014. - №2. С.14-18
4. Носов М.В. Основные характеристики и показатели качества функционирования и модернизации систем оповещения населения. Монография: Химки — 2013.
5. Жаулыбаев A.A. Актуальность и состояние проблемы оценки эффективности функционирования систем оповещения населения (на примере системы оповещения Республики Казахстан) . / / Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. АГЗ МЧС России. _ Химки. — 2016. — №1. С. 59-62
6. Батталов С.Т. Оповещение и информирование населения о ЧС через сети связи / / Сборник материалов XXV юбилейной Международной научно-практической конференции «Предупреждение. Спасение. Помощь». - Химки. АГЗ МЧС России. 2015.
7. Технические описания аппаратуры П-160, П-164, П-166Ц.
8. Филин Б.П. О методах экспресс-оценки надежности и коэффициенте потенциальной структурной неуязвимостей связи в сложных системах / / Автоматика и телемеханика. — 1994. - №5.
Рецензент: доктор военных наук, профессор Пономарев А.И.
