CC BY
107
УДК 614.8:519.816 Аноп М.Ф., Катуева Я. В.
Институт автоматики и процессов управления ДВО РАН, Владивосток, Россия
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЗАДАЧЕ ОЦЕНКИ ОПАСНОСТИ, УЯЗВИМОСТИ И ЗАЩИЩЕННОСТИ ТЕРРИТОРИИ
Введение
Тысячи промышленных аварийных и катастрофических ситуаций техногенного, природного и антропогенного характера, происходящих ежегодно, приводят к гибели и травматизму работников предприятий, населения окружающей территории, разрушению промышленной инфраструктуры и среды обитания. Поэтому крайне важно всесторонне подойти к изучению проблемы управления рисками территории и ее подверженности природно-техногенным опасностям. Проблема безопасности территорий начинает носить все более обостренный и многоплановый характер.
Безопасность региона и территории должна достигаться за счет управления рисками. Под задачей управления рисками в рамках проблемы безопасности территории муниципального образования подразумевается предотвращение или сокращение гибели людей, снижение заболеваемости, снижение ущерба, урона имуществу и логически вытекающих потерь, а также предотвращение неблагоприятного воздействия на окружающую среду.
Управление безопасностью и риском заключается в осуществлении направленной деятельности на государственном, региональном и производственном уровне по обеспечению безопасности населения, народнохозяйственных объектов и окружающей среды от воздействия антропогенных аварий и катастроф, а также, в более широком смысле, от всего комплекса неблагоприятных воздействий, в том числе политических и социально-экономических. [1]
Существуют ситуации, когда риски для различных объектов или процессов могут быть равны. Но субъективное восприятие их людьми может быть различным. Наиболее значимыми рисками считаются обычно риски аварий на уровне катастроф - те, которые происходят редко, но с большими ущербами. Обыденные неблагоприятные события, которые происходят часто, но с малыми ущербами, не воспринимаются, как правило, серьезно. С точки зрения управления рисками это неверно. Управление должно производиться для всех видов риска без учета их восприятия обществом с учетом необходимых оптимальных затрат на их снижение.
Понятия опасности, уязвимости и защищенности
Понятие уязвимость широко используется при оценке рисков, которым подвергаются сложные системы, для того чтобы охарактеризовать реакцию рассматриваемых систем на инициирующие воздействия. Достаточно часто уязвимость определяют через связанные с ним характеристики системы. Уязвимость -слабое место в системе, которое может привести к нарушению безопасности путем реализации некоторой угрозы. Уязвимость территории характеризует чувствительность объекта или территории к воздействию определенного риск-фактора или группы риск-факторов. Уязвимость определяется через степень урбанизации территории (плотность населения, плотность дорожной сети, количество промышленных и инженерных объектов и другие показатели).
Под опасностью понимается свойство или состояние окружающей среды, т. е. явления, процессы, действия или условия, возникновение которых может нанести ущерб здоровью людей, привести к их гибели, нанести ущерб окружающей среде, привести к потере сохранности материальных объектов. Данные о проявлениях опасностей получают как на основе анализа данных мониторинга, так и на основе натурных обследований территорий.
Техногенная опасность территории определяется наличием и характеристиками объектов, представляющих потенциальную угрозу и статистическими данными о событиях. Природная опасность - через статистические данные о проявлениях опасных природных явлений и возможность инициирования ими катастроф и ущерба.
Защищенность территории характеризует обеспеченность системы ресурсами для противодействия внешним и внутренним риск-факторам, а также для локализации и ликвидации ущербов и потерь. Она выражается через показатель готовности сил и средств предупреждения и ликвидации ЧС, а также как объём проведённых предупредительных мероприятий. При этом используются показатели риска, количественно выразить которые удаётся из характеристик территории, инфраструктуры, демографии, социальной сферы и т.п.
На основе показателей опасности и уязвимости, а также данных о защищенности территории, проводится оценка и картирование территориальных рисков. Картограммы балльной оценки территорий строятся на основе нормирования большого числа показателей к единой шкале. Балльные оценки используются для ранжирования крупных площадных объектов - муниципальных образований, технологических площадей добычи ресурсов, территорий реализации инвестиционных проектов [2].
Информационные технологии для оценки показателей риска
Общий контекст анализа риска для сложной системы предполагает:
последовательный анализ угроз и опасностей, которым подвергается система;
калькуляцию ущербов от чрезвычайных ситуаций, к которым система оказалась уязвима с учетом уровня ее защищенности.
Таким образом, анализ и оценка опасности, уязвимости и защищенности сложной системы является ядром оценки риска. Основной целью получения данных оценок является предоставление лицу, принимающему управленческое решение, информации о текущем состоянии системы и возможности возникновения аварийных ситуаций. Такая оценка не может проводиться без применения современных информационных технологий, средств картографической визуализации и автоматизированной обработки большого числа разнородных статистических данных. Информационные технологии широко используются в деятельности органов управления МЧС при решении задач обработки данных мониторинга опасностей, сбора статистических сведений о чрезвычайных ситуациях, для проведения расчетов масштабов аварий, работы со справочной информацией, а также для поддержки принятия решений в условиях угрозы возникновения аварий и катастроф.
Геоинформационные технологии лежат в основе мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций, оценки аварий, катастроф и стихийных бедствий. Они используются на всех этапах прогнозирования природных катастроф — от их предупреждения до немедленного реагирования. Наличие высокоэффективных систем прогнозирования позволяет своевременно реализовать комплекс мероприятий, направленных на уменьшение риска, сохранение здоровья людей, снижения ущерба от природной стихии. Результаты долговременных прогнозов катастроф могут использоваться при экономическом планировании городских территорий и промышленных комплексов.
Геоинформационная система использует топографическую основу территорий различного масштаба, тематические слои, иллюстрирующие состояние окружающей природной среды. Их можно разделить на два класса: справочные - отображающие расположение объектов на территории муниципальных образований и ситуационные, иллюстрирующие состояние территории на конкретный момент времени и служащие для оценки динамики обстановки.
Цифровые карты различных масштабов, дополненные космическими снимками, цифровыми моделями рельефа, тематическими слоями и растровыми картами, позволяют решать большинство задач оценки состояния безопасности территорий. Они являются основой для оценки территориальных рисков, информационной поддержки мероприятий по их снижению, а также при управлении процессами ликвидации ЧС [3] .
Карты рисков аварий на системах ЖКХ, как системах поставщиков критичных инфраструктур, возможно построить на основе данных о текущем состоянии и износе тепло- и водоисточников и сетей. Для систем электроснабжения и освещения можно использовать интегральные величины, например данные об износе воздушных линий электропередач и повторяемости сильных ветров, шквалов и обледенения проводов в районе исследований.
Геоинформационная система является частью общей информационно-аналитической системы, направленной на решение сложных задач по управлению риском, повышение оперативности принятия решений за счет освобождения специалистов от трудоемких операций по вводу данных и необходимости освоения большого числа разнородных программных средств.
Ядром таких систем являются базы данных. Они хранят формализованный фактический материал, описывающий основные опасности природно-техногенного характера, собранный различными ведомствами за продолжительный период времени. Агрегированные показатели мониторинга обстановки используются в качестве входных данных расчетных методик количественной оценки территориальных рисков и прогнозирования обстановки на территориях. Базы данных представляют собой логически связанные справочники, классификаторы и информационные таблицы, каждая из которых имеет собственный регламент обновления. Большая часть справочников и информационных таблиц имеют территориальную привязку, поэтому все объекты баз данных можно отобразить на цифровых картах в виде тематических слоев с соответствующей атрибутивной информацией или ссылками на подчиненные таблицы. [4,5] .
Цель создания подобных баз данных - накопление информации для анализа показателей антропогенных рисков и последующего прогнозирования обстановки на территориях, информационная поддержка принятия решений по проведению мероприятий и оценке их эффективности. При этом решаются следующие задачи:
1. систематизация данных мониторинга событий различной природы;
2. поддержка в актуальном состоянии данных об источниках рисков на территориях субъектов РФ и муниципальных образований;
3. преобразование данных в форматы, необходимые для анализа риска;
4. подготовка различного рода аналитических отчетов;
5. построение карт-схем распределения рисков;
6. информационная поддержка принятия решений, прогнозирования возможной обстановки, в том числе с использованием экспертных методов.
Большинство объектов баз данных имеют картографическую привязку. К примеру, данные мониторинга обстановки имеют обязательное поле «Место», представленное в виде географических координат либо ссылки на объект, имеющий пространственную привязку (населенный пункт, метеостанция, водоток и т.п .) .
Инструментарий создания инфорационно-аналитических систем
Для создания геоданных, анализа и преобразования картографического материала используются геоинформационные системы (ГИС системы). Одной из самых мощных и универсальных ГИС является комплекс программ ArcGIS компании ESRI. Помимо высокой цены еще одним недостатком продуктов ESRI является высокая интеграция продуктов между собой. При использовании одного компонента ArcGIS необходимо использовать только решения и форматы ESRI.
Базы данных и информационно-аналитические системы можно также реализовать с использованием свободно распространяемых систем. В качестве геоинформационной системы предлагается использовать QGIS. Объектно-реляционная СУБД PostgreSQL с расширением PostGIS, включающим поддержку пространственных индексов R-Tree/GIST служит прекрасным хранилищем как семантических, так и картографических материалов. Безусловно данный подход потребует определенных доработок для информационной поддержки управления безопасностью территорий, но доступность и растущий объем универсальных программных библиотек предоставляют хорошие перспективы.
Современные подходы к анализу информации основываются на многомерном представлении данных. Реализация многомерного представления данных в информационных системах базируется на концепциях сбора информации (OLTP), преобразования (ETL), оперативного (OLAP) и интеллектуального (Data Mining) анализа данных.
Технология OLAP обеспечивает наглядное представление многомерных данных и позволяет проводить эффективный анализ большого объема информации. Обеспечивает высокое быстродействие и оперативное построение аналитических отчетов. Это позволяет обнаружить тренды и закономерности в развитии опасных событий, не фиксируемых другими методами обработки.
Для получения комплексных оценок о состоянии управляемых процессов и событиях, происходящих на текущий момент, необходимы информационные системы, интегрирующие различные технологии: геоинформационные, экспертные системы, оперативный и интеллектуальный анализ данных (OLAP, Data Mining), системы управления базами данных, графического отображения данных мониторинга обстановки, разграничения доступа к информационным и программным модулям.
При работе с данными различных типов невозможно (за исключением простейших случаев) устанавливать связи, отражающие существующие между элементами данных зависимости. Если функциональные зависимости во многих случаях могут быть представлены в аналитическом виде, то классификационные связи, например, причинно-следственные и другие, представить в аналитическом виде не представляется возможным. Только в системах, работающих со знаниями (системы искусственного интеллекта), сведения о таких связях между объектами представляются в явной форме. Благодаря этому обеспечивается компактное представление всей необходимой информации и единообразие ее обработки.
Применение методов и средств искусственного интеллекта позволяет существенно повысить эффективность и качество принимаемых решений в сложных недостаточно формализованных областях исследований и деятельности, к которым относится и безопасность технических объектов. В частности, метод
экспертных систем обеспечивает использование знаний квалифицированных специалистов, примененных при решении различных проблем. Знания специалистов представляются в виде некоторого формализованного описания, например, последовательности развития каких-либо событий и принятых решений при проведении исследований, а также при обеспечении каких-либо свойств объекта.
Поддержка принятия решений основана на базах знаний, представляющих собой формализованные ситуации и базу прецедентов. Прецедентные экспертные системы базируются на принципе принятия решения по аналогии, где прецедент - это компактное описание знаний о событиях, явлениях, процессах и состояниях, в котором представлены наиболее важные параметры и свойства событий, процессов и рассматриваемого объекта [б].
Заключение
Управление рисками - одна из важных составляющих устойчивого развития страны. Современные информационные технологии позволяют существенно облегчить принятие решений при управлении безопасностью территории, составить карты рисков по прецедентам, выявить особо критичные объекты в системах жизнеобеспечения, грамотно проводить соответствующие инженерные работы, мониторинг состояния сложных технических и социальных объектов, оценку их надежности. Выявление подобных «узких мест» позволит получить более достоверный прогноз возникновения кризисных ситуаций, и эффективно им противодействовать.
Работа выполнена при финансовой поддержке гранта ДВО РАН 12-III-A-03-035 «Разработка методов оценки комплексной безопасности и управления рисками сложной территориально-распределенной системы» .
ЛИТЕРАТУРА
1. Костерев В.В. Надежность технических систем и управление риском. М.: МИФИ, 2008. 280с.
2. Ничепорчук В. В. Использование карт для управления процессами предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций // Сиббезопасноть-Спассиб. 2013. №1. С. 189-194.
3. Шокин Ю.И., Москвичев В.В., Ноженкова Л.Ф., Ничепорчук В.В. Использование распределенных баз геоданнных для оценки состояния безопасности территорий // Zbornik radova Konferencije MIT 2011. — Beograd: Alfa univerzitet; Kosovska Mitrovica: Drustvo matematicara Kosova i Metohije, Serbia; Novosibirsk: Institute of Computational Technologies, SB RAS, 2012. — P. 355-359.
4. Катуева Я.В., Назаров Д.А. Анализ данных антикризисного центра о ежедневной обстановке для выявления для выявления угроз безопасности // Информатика и системы управления. 2009. №3 (19). С. 87-93.
5. Шокин Ю.И., Москвичев В.В., Ноженкова Л.Ф., Ничепорчук В. В. Кризисные базы данных для
управления безопасностью территорий // Вычислительные технологии. — 2011. — Т. 16. — № б. — С.
115-126.
6. Аноп М.Ф., Катуева Я. В. Базовые принципы построения систем мониторинга опасных событий и явлений и поддержки принятия решений для управления безопасностью природных и технических объектов // Надежность и качество - 2013: Труды международного симпозиума: в 2 т./под ред. Н.К. Юркова. - Пенза: изд-во ПГУ. 2013. - 1т., С. 96-98
