Использование систем дистанционного зондирования земли для оценки состояния потенциально опасных объектов Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

электронное научно-техническое издание

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Эя № ФС 77 - 30569. Государственная регистрация №0421100025. ISSN 1994-Q40S

Использование систем дистанционного зондирования Земли для оценки состояния потенциально опасных объектов

77-30569/223653

# 10, октябрь 2011 Таранов Р. А.

УДК 519.711.3

МГТУ им. Н.Э. Баумана rt_1977@mail.ru

К потенциально опасным принято относить широкий класс объектов, стабильная работа которых является жизненно важной для функционирования национальной экономики и общества в целом. К этой категории относятся объекты энергетики, транспортного комплекса, атомной, химической, нефтегазовой промышленности, спецтехники и др. Следует отметить, что все эти объекты входят в число высокорисковых, поскольку их эксплуатация сопряжена с использованием значительных объемов энергии, концентрацией опасных веществ. Повреждение или разрушение подобных объектов влечет за собой возникновение аварий и катастроф с глобальными, национальными или региональными последствиями, а также возможность больших людских или материальных потерь.

Современный подход к обеспечению безопасности на базе управления риском базируется на парадигме управления риском и предполагает перенос акцента с усилий по ликвидации последствий катастроф на действия по их прогнозированию и предотвращению. Применительно к потенциально опасным объектам это означает развитие систем комплексного мониторинга и диагностики технического состояния объекта; динамического контроля параметров, определяющих степень повреждения ключевых компонентов системы и т. п. Таким образом, одним из основных методов снижения риска чрезвычайных ситуаций техногенного характера на потенциально опасных объектах и повышения их уровня защищенности является мониторинг состояния объекта и прилегающей территории.

Для оценки состояния потенциально опасных объектов необходимо применение систем комплексного мониторинга с использованием средств наземного, морского,

воздушного и космического базирования с получением и регистрацией соответствующей информации.

В настоящей работе рассмотрена возможность использования космических средств для получения информации о состоянии потенциально опасного объекта на примере завода по обогащению урана.

При этом актуальным является вопрос о составе, количестве и качестве получаемой информации, а также о ее достаточности для решения поставленной задачи.

Технология мониторинга опасных производственных объектов позволяет получать достаточно полную картину о состоянии объекта, включая занимаемую площадь; температуру поверхности объекта; координаты объекта; наличие разлива опасных веществ (нефть и нефтепродукты); химический состав атмосферы на территории объекта, т. е. наличие и концентрацию опасных веществ, использующихся на объекте; радиационный фон территории, прилегающей к объекту.

Благодаря полученным данным, можно проанализировать состояние потенциально опасного объекта в целом, района его расположения, а также динамику параметров непосредственно находящегося в зоне наблюдения оборудования и окружающей среды.

Следует отметить, что в реальных задачах, как правило фигурирует не просто информация, а ценная или осмысленная информация. Кроме того, важное значение при проведении мониторига объектов и грузов имеет количество информации, необходимое для проведения анализа их состояния.

Для оценки количества информации получаемой со спутника за одно сообщение по одному параметру можно использовать выражение для оценки количества информации I j, где j = 1......N, выражение предложенное

К. Шенноном:

k

Ii - Pi * l°g2 Pi

j ti 1 21 , (1)

pi- априорная вероятность реализации одного из k вариантов рассматриваемого признака в данном измерении.

Знак «-» перед всей правой частью формулы поставлен для того, чтобы величина I j была положительной, несмотря на то, что log2pi < 0 (pi < 1).

Количество информации получаемое со спутника за одно сообщение по всем параметрам будет определяться выражением:

N

IN =Е Ij , (2)

1

Использование, приведенного выражения, позволяет определить пропускную способность каналов связи и способ декодирования сообщений.

Общее количество информации получаемое со спутника за сутки будет определяться выражением:

М N

1м = Е Е!т] (3)

1 1

Однако, выражения (1), (2) и (3) отражают количество информации, но не ее ценность.

Количество информации в сообщении получаемом со спутника не зависит от того или иного порядка получения рассматриваемых параметров, а зависти от количества параметров необходимых для решения задачи.

Ценность информации зависит от цели, которую мы преследуем.

1. Если цель наверняка достижима и притом несколькими путями, то возможно определение ценности (V) по уменьшению материальных или временных затрат, благодаря использованию информации.

2. Если достижение цели не обязательно, но вероятно, то используется один из следующих критериев:

а) мерой ценности, предложенной М.М. Бонгардом, является:

Р

V=1ов2- , (4)

2 Р .

Где р- априорная вероятность достижения цели до получения информации,

Р - вероятность достижения цели после получения информации.

Априорная вероятность р зависит от полного количества информации I в (1), тогда

р=2-1 (5)

Апостериорная вероятность Р может быть как больше, так и меньше р. в последнем случае ценность отрицательна и такая информация называется дезинформацией.

б) мерой ценности, предложенной В.И. Корогодиным, является величина:

V = Р-Р , (6)

1 - Р

Она обладает теми же свойствами, что ценность (4), но изменяется в пределах от 0 до 1. Далее для решения поставленной задачи определения ценности информации целесообразно использовать ценность определяемую выражением (6) поскольку это удобнее и более популярно.

Проведя анализа технологического процесса предприятия по обогащению урана можно выделить сведения о ряде признаков, характеризующих состояние объекта мониторинга, содержащихся в сообщении, получаемого со спутника:

- координаты местоположения объекта G;

- разница температур поверхности объекта ^ и окружающей среды *2,

- влагосодержание в облаке пара градирен Q^;

- содержание воды в отстойных бассейнах W.

Определим ценность и количество информации содержащейся в каждом признаке. 1. «координаты местоположения объекта G»

количество информации определяемое выражением (1) соответственно равно:

11 = -(1 • 1о§21 + 0 • ^0) = 0

ценность информации, определяемая выражением

У=^Р/р = ^1/1=^21 = 0 Следовательно количество информации и ценность информации о координатах объекта имеет нулевую ценность.

2. «данные о температуре объекта II и окружающей среды 2» Возможны четыре варианта температуры поверхности объекта:

Вариант 1 - температура поверхности объекта совпадает с нормальной рабочей температурой поверхности объекта и лежит в пределах допустимого рабочего интервала ?1н — ^по — *2н, т е. не выходит за пределы допустимых границ 1 и t2н. Разница

температуры поверхности объекта и окружающей среды А*}н=п-*ос. Работа объекта происходит в штатном режиме.

Вариант 2 - температура поверхности объекта не совпадает с нормальной рабочей температурой поверхности объекта и ниже температуры окружающей среды Д*2н=*по-*ос <0. Штатный режим работы объекта был нарушен. Применены охлаждающие или легко испаряющиеся средства.

Вариант 3 - не совпадает с нормальной рабочей температурой поверхности объекта и температура поверхности объекта равна температуре окружающей среды А*2н=п-*ос = 0. Объект длительное время не эксплуатируется.

Вариант 4 - не совпадает с нормальной рабочей температурой поверхности объекта и температура объекта превышает допустимые пределы, Д*2н=*по-*ос > 0. Режим работы предприятия нарушен, развивается аварийная ситуация, возможна чрезвычайная ситуация.

Количество информации которое может быть получено при помощи данного признака равно

Ь= - (Р1 ^2Р1 + Р2 ■log2Р2+ Р3 ^2Р3 + Р4 ■log2Р4) = -(0,999889 ■(- 0,00001607)+0,0001 ■(-1,33)+0,00001 ■(-1,67)+0,000001 (-2)) = (1,6+13,3+1,67+0,2) 105=1,67710-4

Априорная вероятность правильного определения состояния объекта равна

p=2-I =2~°'°°°1677=0,999883

После получения информации от спутника полагаем, что апостериорная вероятность достижения цели Р будет составлять 0,999999, так как на основании анализа разницы температур поверхности объекта и окружающей среды мы с вероятностью близкой к 1 (Р=0,999999) можем сделать заключение о состоянии объекта. Тогда ценность информации будет определяться выражением (5)

V _ Р - р _ 0,999999 - 0,999883 _ 0991 _ 1 - р ~ 1 - 0,999883 _ ,

Т.е. ценность информации о температуре поверхности объекта близка к 1. 3. «влагосодержание в облаке пара градирен Q»

Априорная вероятность правильного определения состояния объекта равна

р=2-1 =2-°,°°°1677=0,999883 Предположим, что после получения информации со спутника о состоянии градирен апостериорная вероятность достижения цели Р будет составлять 0,9. Тогда ценность данной информации

V=(P-p)/(1-p)=(0,9-0,999883)/(1-0,999883) =-853 Т.е. данная информация при апостериорной вероятности 0,9 не представляет никакой ценности.

4. «содержание воды в отстойных бассейнах 2»

Априорная вероятность правильного определения состояния объекта равна

р=2-1 =2-°,°°°1677=0,999883 Предположим, что после получения информации со спутника о состоянии водоемов апостериорная вероятность достижения цели Р будет составлять 0,95. Тогда ценность данной информации

V=(P-p)/(1-p)=(0,95-0,999883)/(1-0,999883) =-426

Т.е. данная информация даже при апостериорной вероятности 0,95 не представляет никакой ценности. Это обуславливается в первую очередь тем, что велика априорная вероятность нормального функционирования объекта.

Анализ информативности признаков показывает, что при сделанных предположениях ценность информации возрастает при высокой вероятности аварии на объекте, однако в рассматриваемом случае при принятых значениях априорной вероятности состояния объекта при ориентации на два последних признака, велика вероятность ложной тревоги.

Наблюдение за объектами из космоса представляет значительный интерес либо за высоко рисковыми объектами, либо за динамично меняющимися или подвижными объектами. Для таких объектов ценность информации будет значительно выше.

Можно сделать вывод о том что из рассмотренных выше четырех признаков только один имеет максимальную ценность, это данные о температуре объекта ^ и окружающей среды t2.

Таким образом полученная от систем космического базирования информация может быть использована для анализа состояния потенциально опасных объектов.

Используемая литература

1. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 27 августа 2005 г. № 1314-р, Москва «Концепция федеральной системы мониторинга критически важных объектов и (или) потенциально опасных объектов инфраструктуры Российской Федерации и опасных грузов».

2. Синергетика и информация: Динамическая теория информации. Д.С. Чернавский, Москва «УРСС» 2004г.

3. Автоматическое управление и вычислительная техника: Распознавание образов. Выпуск 10. под редакцией д.т.н. проф. В.В. Солодовникова. Москва. «Машиностроение» 1972г.

4. Динамика и информация. Кадомцев Б.Б. Москва: Редакция журнала УФН, 1997г.

5. Информация и феномен информации. Корогодин В.И. Пущино: АН СССР, 1991г.