CC BY
43
УДК 007:159.995
У.К. Макуха, В.А. Кушников, В.А. Родичев
АНАЛИЗ ВЫПОЛНИМОСТИ ПЛАНОВ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ЛИКВИДАЦИИ НАВОДНЕНИЙ
В статье рассмотрены постановка задачи, математическая модель и алгоритм проверки на выполнимость плана ликвидации чрезвычайной ситуации, связанной с наводнением.
Чрезвычайная ситуация, наводнение, план мероприятий
U.K. Makukha, V.A. Kushnikov, V.A. Rodichev THE ANALYSIS OF FEASIBILITY OF THE PLANS OF MEASURES ON LIQUIDATION OF FLOODING
In article problem statement, mathematical model and algorithm of check on feasibility of the emergency situation liquidation plan connected with flooding are considered.
Extreme situation, flooding, plan of measures
Введение
Один из путей уменьшения разрушительного воздействия наводнений и сокращения ущерба от их возникновения связан с использованием возможностей современной вычислительной техники и информационных технологий, позволяющих улучшить подготовку персонала Российской системы предупреждения и действий в чрезвычайных ситуациях (РСЧС) и значительно повысить эффективность оперативного управления объектами и территориями при ликвидации широко распространенных чрезвычайных ситуаций природного характера.
Так, только на территории России за год в среднем происходит около 100-120 крупных событий чрезвычайного характера, связанных с наводнениями и паводками. В частности, в прошлом году на месяц раньше обычного весеннее половодье началось и в нескольких районах Саратовской области. В Аткарском районе вода разрушила мост и газопровод, в самом Аткарске подтопленными оказались более 1000 домов. В течение недели не отапливался поселок Нижняя Красавка и районный дом престарелых, более 100 человек пришлось срочно эвакуировать (рис. 1). В районе была объявлена чрезвычайная ситуация.
Рис. 1. Аткарский район. Район затопления
В настоящее время разработаны, прошли проверку практикой и успешно функционируют в составе РСЧС различные информационные системы, в том числе центр управления в кризисных ситуациях (ЦУКС), системы оперативно-диспетчерского управления в чрезвычайных ситуациях (ОСОДУ), единые дежурно-диспетчерские службы (ЕДДС), системы мониторинга окружающей среды, прогнозирования и ликвидации чрезвычайных ситуаций на потенциально опасных промышленных объектах и т.д.
Вместе с тем, на объектовом уровне РСЧС, сформированном на крупных промышленных предприятиях и в организациях, большинство систем оперативного управления позволяют обеспечить рациональный режим работы только отдельно взятых групп оборудования в стереотипных производственных ситуациях и, как правило, не выдают рекомендаций оперативно-диспетчерскому персоналу при возникновении аварийных и нештатных ситуаций комплексного характера, затрагивающих весь производственный процесс в целом, например, таких как наводнения. Между тем, как показывает практика, многие чрезвычайные ситуации, связанные с наводнениями и затоплением территорий, развиваются на основе техногенных происшествий именно этого уровня.
Указанное обстоятельство обуславливает необходимость разработки и внедрения в составе математического обеспечения информационных систем РСЧС новых моделей, алгоритмов и комплексов программ, позволяющих улучшить подготовку оперативнодиспетчерского персонала промышленных предприятий, а также значительно повысить эффективность оперативного управления объектами и территориями при ликвидации наводнений.
Постановка задачи
Допустим, что e(n(t), г^)) е[E^^), R(t))] - чрезвычайная ситуация, связанная с затоплением контролируемых объектов или территорий во время наводнений. В результате наступления чрезвычайной ситуации e(n(t), г^)) е [E^^), R(t))] контролируемый объект или территория перешла в состояние ) е (^^)} и ей был причинен значительный ущерб,
где ((^ ^)} - множество допустимых состояний контролируемых объектов и территорий, [ E( N ^), R(t))] - множество возможных чрезвычайных ситуаций, связанных с наводнением;
t - время). Также допустим, что, исходя из опыта ликвидаций чрезвычайных ситуаций на объектовом уровне, переход контролируемых объектов и территорий в состояние sk (t) е (S(t)} приведет к ликвидации чрезвычайной ситуации e(n(t), r(t)) . С учетом
сделанных допущений формализованная постановка решаемой задачи может быть
сформулирована следующим образом.
Для информационных систем объектового и территориального уровня, входящих в состав РСЧС, разработать формальные модели и алгоритмы, позволяющие на временном
интервале [t , tk ] при известных параметрах среды x(t)е и управляющих
® I® 1
воздействиях u(t) е <U (t)>, характеризующих чрезвычайную ситуацию e(n(t), r(t)) , в
течение отведенного на решение данной задачи времени осуществить переход из начального состояния S0 (t) е( S(t) } в конечное состояние sK (t) е( S(t) } , минимизируя функцию
^k ® ®
ущерба, причиненного наводнением J V(n(t), r(t)) dt ® min при известных ограничениях,
t
н
( t и t - время начала и окончания чрезвычайной ситуации; V - максимально
н k max
допустимая величина ущерба; e, n., i = 1,4 - известные константы; (S(t)} - множество
допустимых состояний контролируемых объектов и территорий, [ Е( N (t), R(t))] - множество
чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера).
Математическая модель
В соответствии с поставленной задачей необходимо построить граф, описывающий проводимые мероприятия по ликвидации ЧС. Делается допущение, что план мероприятий
M по ликвидации чрезвычайной ситуации, связанной с наводнением, можно представить в
виде графа G(U, Е), множество вершин M которого - мероприятия разработанного
плана. При этом вершины U.,U . е U графа G(U,Е) соединяются дугой е.. е Е в том
. J У
и только том случае, если для двух мероприятий плана Ш., Ш . е M, соответствующих
. J
этим вершинам.
В процессе формирования модели А граф G(U, Е) описывается системой продукций следующего вида:
ПЛАН M БУДЕТ ВЫПОЛНЕН, ЕСЛИ ВЫПОЛНЕНЫ МЕРОПРИЯТИЯ,
СООТВЕТСТВУЮЩИЕ ВЕРШИНАМ ГРАФА
M1 БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ ВЫПОЛНЕНО (М1.1 И М1.2 И (У1 ЗАПРЕТ У2)) И (М1.3 И ((М1.3.3 ИЛИ (М1.3.1 И М 1.3.2) ИЛИ (У.3 ЗАПРЕТ У.4)) И (М1.4 И М1.5 И М1.6 И (У.5 ЗАПРЕТ (У.6 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (У.7 И У.8)))) И М.1.12 И ((М1.7 И М.1.8) ИЛИ (М1.9 И М1.10 И М1.11) И (У.9 ЗАПРЕТ У.10 ЗАПРЕТ У.11)) И ((М1.13 И М1.14) ИЛИ (М1.15 ИЛИ М1.16)) М.17)
M2 БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ ВЫПОЛНЕНО ((М2.1. ЗАПРЕТ У.12) И М.2.2 И ((М.2.3 И М.2.4) ИЛИ М.2.5) И (М.2.6 ЗАПРЕТ У.13))
M3 БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ ВЫПОЛНЕНО (М.3.1 ИЛИ (У.14 ЗАПРЕТ У.15) ИЛИ (М3.2 И М.3.3 И М.3.4)
M4 БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ ВЫПОЛНЕНО ((М.4.1 ЗАПРЕТ У.16) ИЛИ (М.4.2 И М.4.3 М.4.4 И (У.19 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (У.17 ЗАПРЕТ У.18)))
M5 БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ ВЫПОЛНЕНО ((М5.1 И М.5.2 И (У.20 ЗАПРЕТ У.21) И (М.5.3 И М.5.4 И М.5.5 И М.5.6 И (У.22 ЗАПРЕТ У.23)) И (М.5.7, ЕСЛИ ВЫПОЛНЕНО (м.5.7.1 И М.5.7.2 И М.5.7.3 И М.5.7.4 И М.5.7.5) ) И (У.24 ЗАПРЕТ У.25 ЗАПРЕТ У .25)
М6 БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ ВЫПОЛНЕНО ((М.6.1 И М.6.2 И (У.28 ЗАПЕРТ У.29)) И (М.6.3 И У.30) И (М.6.4. И У.31) И (М.6.5, ЕСЛИ ВЫПОЛНЕНО ((М.6.5.1 И М.6.5.2 И М.6.5.3) И (У.32 ЗАПРЕТ У.33) И (М.6.5.4 ИЛИ М.6.5.5)) И (М.6.6 И М.6.7 И У.34))
М7 БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ ВЫПОЛНЕНО (М.7.1 И (М.7.2 И М.7.3) И (М.7.4 И М.7.5))
М8 БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ ВЫПОЛНЕНО (((М.8.1 И М.8.2) И (У.35 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (У.36 ЗАПРЕТ У.37 ЗАПРЕТ У.38) ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ У.39)) И (М.8.3 И М.8.4 И (У.40 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ (У.41 ЗАПРЕТ У.42)))
М9 БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ ВЫПОЛНЕНО ((М.9.1 И М.9.2 И (У.43 ЗАПРЕТ У.44) ИЛИ (М.9.3 И (У.45 ЗАПРЕТ У.46 ЗАПРЕТ У.47))))
М10 БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ ВЫПОЛНЕНО (М.10.1 И М.10.2 И (У.48 ЗАПРЕТ У.49 ЗАПРЕТ У.50))
М11 БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ ВЫПОЛНЕНО (М11.1 И (М.11.1.1 И М.11.1.2 И М.11.1.3 И М.11.1.4) И М.11.2 И М.11.3 И М.11.4 И (М.11.5 И М.11.6) И М.11.7 И У.51)
М12 БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ ВЫПОЛНЕНО (М.12.1 И М.12.2. И М.12.3)
М13 БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ ВЫПОЛНЕНО ((М.13.1 И М.13.2 И М.13.3 И (У.52 ЗАПРЕТ У.53 ЗАПРЕТ У.54) И (М.13.4 И М.13.5 И М.13.6 И У.55) И (М.13.7 И М.13.8 И М.13.9 И (У.56 ЗАПРЕТ У.57)) И М.13.10 И М.13.11)) [3]
При разработке данного описания делается допущение, что каждое мероприятие т. е М может быть выполнено только после того, как выполнятся все мероприятия, с
которыми оно связано на графе С(и, Е) исходящими дугами (т.е. предшествующие
мероприятия, от которых зависит выполнение т. е М ). Рассмотрим подробно фрагмент
графа (рис. 2), связанный с возникновениями событий, ведущих к затоплению города с вершиной М1 (Деятельность Горжилуправления, Управление благоустройства и транспорта города). Данное положение иллюстрирует фрагмент графа мероприятий по подготовке города к весеннему паводку, приведенный на рис. 2. На данной схеме символами «М» обозначены мероприятия, выполнение которых, по мнению экспертов, необходимо для предотвращения затопления территорий и объектов во время паводка, символами «у» -условия выполнения данных мероприятий, сформированные в виде продукций.
Рис. 2. Фрагмент графа G(U, E) мероприятий по подготовке города к весеннему паводку
М1.1- осуществлена подготовка мероприятий по защите подведомственных зданий, сооружений и коммуникаций от неблагоприятного воздействия паводковых вод;
М1.2 - обеспечено безаварийное функционирование коммуникаций; у.1 - планы не согласованы с городской паводковой комиссией; у.2 - составлен план работ; М1.3 - проведены работы с ливнеприемниками и ливневой канализацией;
М1.3.1 - проверено их состояние; М1.3.2 - произведена очистка ливнеприемники;
М1.3.3 - ливнеприемники приведены в рабочее состояние; у.3 - оформлены разрешения и допуски на проведения работ; у.4 - организованно обеспечение участков необходимыми средствами механизации; у.5 - в требуемые сроки обследованы шандорные устройства и ограждающие дамбы; М1.5 - определено их техническое состояние; М1.6 - внесены необходимые предложения по устранению недостатков; у.6 - дополнительное укрепление дамбы было проведено 5 лет назад; у.7 - визуально установлены отдельные повреждения дамбы; у.8 - высота последнего наращивания дамбы не превышает 1 метра; М1.7 - отремонтированы;
М1.8 - очищены шандорные устройства; М1.9 - приведены в рабочее состояние;
М1.10 - произведена очистка от снега; М.1.11 - произведена отсыпка грунта на закрепленных участках дамб; у.9 - составлены планы работ; у.10 - планы работ выполнены в срок; у.11 - ремонтные бригады снабжены необходимой техникой
По построенному графу G(U, E) строится план мероприятий М, где Ш Е M ,
который необходимо выполнить для ликвидации чрезвычайной ситуации, связанной с весенним паводком. С помощью системы опишем рассмотренный фрагмент графа
G(U, E).
МЕРОПРИЯТИЕ М.1 НЕ БУДЕТ ВЫПОЛНЕНО, ЕСЛИ НЕ ВЫПОЛНЕНЫ МЕРОПРИЯТИЯ (М1.1 AND M1.2) AND ((M1.3.1 AND M1.3.2) OR M1.3.3) AND (M1.4 AND M1.5 AND M1.6) AND ((M1.7 AND M1.8) OR (M1.9 AND M.1.10 AND M1.11)). Это описание можно представить в виде булевой функции М1=(М1.1 U M1.2) U ((M1.3.1 U M1.3.2) П M1.3.3) U (M1.4 U M1.5 ANUD M1.6) U ((M1.7 U M1.8) П (M1.9 U M.1.10 U M1.11)). Системе продукций ставится в соответствие логическая функция f (w^,w2k’ ",Wnk), где
W1k, W2k,..., Wnk" конечные вершины графа G(U,E) .При этом каждый аргумент w „
функции f(w , w
\k 2k nk
н . ) должен принимать значение 1 или 0, что будет означать
выполнение или не выполнение мероприятия т.. е М [2], соответствующего вершине н.
У Ь
графа G(U, Е).
На данную систему также накладываются условия невыполнения отдельных мероприятий плана, задаваемых работником спасательных служб на основе личного опыта, интуиции, хорошего знания функционирования объекта и системы управления. Задавая
различные комбинации значений аргументов н1к,н 2к,...,н пк и определяя
соответствующие этим аргументам значения функции /( м>1к,н 2к,...,н пк), можно
определить невыполненные мероприятия, анализировать степень выполнения плана намеченных мероприятий и получить новые знания об условиях выполнения плана М .
1. Предложен комплекс математических моделей, позволяющий формализовать
описание стереотипных чрезвычайных ситуаций, связанных с наводнением и затоплением территорий в системах оперативного управления промышленных предприятий и
организаций. Его характерной особенностью является объединение в составе единого
математического обеспечения логико-лингвистических, динамических графовых и
логических моделей объекта управления, допускающих работу с зависимостями качественного типа, наглядных и удобных для ЛПР, а также широко используемых при создании интегрированных систем управления сложными производственными процессами.
2. Разработан граф событий, характеризующий наступление наводнения на
контролируемых территориях Саратовской области, позволяющий проверить на
выполнимость план мероприятий по предотвращению наводнений.
1. Родичев В.А., Резчиков А.Ф., Кушников В.А. и др. Модели и алгоритмы поиска данных в информационных системах промышленного предприятия // Информационные технологии. 2005. №8. С. 62-66.
2. Аветисян Ю.А., Кушников В.А., Резчиков А.Ф., Родичев В.А. Математические модели и алгоритмы оперативного управления процессами ликвидации чрезвычайных ситуаций // Мехатроника, автоматизация, управление. 2009. № 11. С. 43-47.
3. Шлычков Е.И., Похазников М.Ю., Кушников В.А., Калашникова О.М. Анализ выполнимости планов мероприятий при оперативном управлении машиностроительным предприятием // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2007.
Логическая функция принимает следующие значения:
J \, если план выполнен 1-0, если план не выполнен
Заключение
ЛИТЕРАТУРА
Т.\. №\. С. 88-95.
Макуха Ульяна Константиновна - Makukha Uljana Konstantinovna -
аспирант кафедры «Информационные Post-graduate Student of the Department
системы (в гуманитарной области)» “Information systems (in humanitarian area)”,
Саратовского государственного технического Saratov State Technical University университета
Кушников Вадим Алексеевич -
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Информационные
Kushnikov Vadim Alekseevich -
Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department “Information systems (in
системы (в гуманитарной области)» Саратовского государственного технического университета
Родичев Вячеслав Анатольевич-
Соискатель кафедры «Информационные системы (в гуманитарной области)» Саратовского государственного технического университета
humanitarian area)”, Saratov State Technical University
Rodichev Vyacheslav Anatolevich-
Competitor of the Department “Information systems (in humanitarian area)”, Saratov State Technical University
Статья поступила в редакцию 25.01.2011, принята к опубликованию 20.07.2011
