CC BY
24
СИСТЕМЫ И
ПРОЦЕССЫ
УПРАВЛЕНИЯ
УДК 519.713
МОДЕЛЬ ФУНКЦ1ОНУВАННЯ ЛОГIСТИЧНОÏ 1НФРАСТРУКТУРИ МЕГАПОЛ1СА В УМОВАХ НАДЗВИЧАЙНОÏ СИТУАЦIÏ ТЕХНОГЕННОГО ХАРАКТЕРУ ЧУБ О.1., НОВОЖИЛОВА М.В., МЕЛЕЖЕКР.С. Потенцшно високий piBeHb техногенно1 небезпеки мегаполiса визначае необхщшсть побудови управлш-ня програмами еволюцп логiстичноï шфраструктури на принципах безпеки та екологiчностi рiшень, що приймаються. Розглядаеться шдхвд до моделювання парамет^в можливо1 надзвичайно1 ситуацiï на елеме-нтах iнженерноï шфраструктури як заявки на обслу-говування логiстичною тдсистемою системи техно-генноï безпеки мегаполюу.
Ключовi слова: лог1стична iнфраструктура, управ-л1ння техногенною безпекою, мегаполiс, iмiтацiйна модель
Key words: logistic infrastructure, man-made safety management, metropolis, simulation model 1. Вступ
Удосконалення структури i параметр1в складних 1ерарх1чних органiзацiйно-технiчних та сощаль-них систем макрорiвня на сучасному еташ науки i технологш базуеться на методологiï управлiння програмами розвитку систем. Значною мiрою це стосуеться парадигми управ-лiння розвитком мюького середовища, зокрема мегаполiса, що мае враховувати шновацшнють, проективнiсть, рiзнорiднiсть мiста як реальностi [1].
При цьому результат кожно1' фази життевого циклу програми розвитку мюта як макросистеми в силу об'ективно1' протяжностi у часi i необхщно-стi у застосуваннi великих обсяпв ресурсiв не е детермiнованим, оскшьки залежить вiд турбулентного оточення i команди програми, що вносять невизначенють у процес управлiння. Особливо1' актуальностi урахування невизначе-ностi i виклиюв зовнiшнього та внутрiшнього середовища програми набувае для масштабних i тривалих програм еволюцiï логiстичноï шфра-структури великих мiст (мегаполiсiв), що е одним iз найважливших стратегiчних iнструментiв у забезпеченнi сталого розвитку територiй. Будучи побудованою таким чином, система уп-равлiння мегаполюом е своерiдним перетворю-вачем шформаци, що здiйснюе адекватне урахування умов життедiяльностi мiста, що змшюють-
ся, та визначення рацiональних управлшських рiшень. У той же час зпдно з парадигмою проак-тивного управлшня [2] для здiйснення випере-джаючого впливу на зовнiшнi та внутршш умо-ви функцiонування мунщипальна система управ-лiння як цшеспрямована система повинна мати можливiсть компенсувати ди середовища шляхом змши свого внутрiшнього стану. Швидке наростання потоку рiзнорiдноI iнформацii i сту-пеня невизначеностi середовища призводять до ускладнення внутрiшнiх взаeмозв'язкiв системи управлшня. Особливо це стосуеться системи управлшня мегаполюом, функцюнування якого ускладнюеться наявнютю та високим рiвнем концентраци потенцiйно небезпечних промисло-вих об'екпв на вiдносно невеликiй територiI та пов'язано iз додатковими пiдвищеними ризиками [3], як генеруються:
• значною щшьнютю мiського населення;
• критичною наближенютю об'ектiв iз масовим перебуванням людей до потенцiйно небезпечних об'екпв;
• високим рiвнем старiння основних фондiв по-тенцiйно небезпечних об'екпв та iншими причинами.
Системоутворюючi компоненти територп мега-полiса: об'екти промисловосп, житлове госпо-дарство, iнженерна шфраструктура, екосистема -перебувають мiж собою в складних, постшно мiнливих ^ загалом, невизначених вiдносинах. Небезпеки можуть провокуватися ушма компонентами мегаполюа як складно1 вiдкритоI дина-мiчноI системи, тому комплексний пiдхiд до про-гнозування динамiки надзвичайних ситуацш техногенного характеру, що включае розгляд як потенцiйно небезпечних промислових об'ектiв, так i елементiв iнженерноI iнфраструктури мюта, е актуальним.
Метою дослщження е розробка методики визначення параметрiв можливоI надзвичайно! ситуа-цл на елементах iнженерноI iнфраструктури як заявки на обслуговування логiстичною шдсисте-мою системи техногенноI безпеки мегаполiса. 2. Виклад основного матерiалу Наведемо характеристику термiнологiчноI бази дослщження.
Визначення 1. Виробнича система мегаполюа -складна багаторiвнева iерархiчна система, котра перетворюе вихiднi нашвфабрикати, сировину та матерiали у кшцевий продукт, що вiдповiдае су-спшьному замовленню.
Визначення 2. 1нженерна шфраструктура - упо-рядкована множина об'екпв, що забезпечують водопостачання, водовiдведення, електро-, тепло-, газо- i холодопостачання, а також про-вiдний зв'язок i транспортне сполучення в межах визначеноI територiI.
Визначення 3 [4]. Логютична шфраструктура - це система 3aco6ÍB просторово-часового перетво-рення логiстичних потокiв (матерiальних, шфор-мацiйних, фiнансових, людських), а також суку-пнiсть пiдприeмств рiзних оргашзацшно-правових форм (виробничо! системи мегаполюа), якi створюють органiзацiйно-економiчнi умови проходження цих потокiв завдяки потенщалу вiдповiдних логiстичних послуг. 1нструментальним засобам моделювання логю-тики як на рiвm окремого пiдприeмства, так i на макрорiвнi присвячено цiлу низку наукових праць, серед яких видшимо роботи О.О. Лобашова [5], 1.М. Комарницького [6]. В роботi [7] проведено характеристику цшей управлшня мегаполiсом як багатовимiрною катего-рieю з точки зору управлiння його ресурсним потенцiалом, що включае оптимiзацiю мюько! логютично! iнфраструктури.
Розвиваючи цей шдхщ, приймемо, що Kgeneral -узагальнений критерiй якостi управлiння мютом, мае вигляд:
Kgeneral ^(Flife_Level, Fresist), (1)
тут Flife_Level - критерш пiдвищення рiвня життя громади; Fresist - критерiй забезпечення стiйкостi шфраструктури; ^ — певний вид згортки. Визначимо таку класифшащю ресурсiв
^ _ accum ^ ins tan t }
де ^accum - множина ресурсiв, що мають накопи-чувальний характер: резервнi фонди, iмiдж, ш-формацiя, iнтелектуальний потенщал, природнi ресурси; ^instant - ресурси миттево! ди: лiквiднi активи, технологи, час.
Моделюючи сценари розвитку мюта (рис. 1), не-обхiдно вщм^ити таку особливiсть: результати ди рiзних сценарив (штриховi стрiльцi на рис.1), що застосовують рiзнi типи ресуршв, можуть де-монструвати 0днак0вi значення Kgeneral. 1ншими словами, спостерiгаеться певне плато значень узагальненого критерiю якосп (1). Крiм то-го,впливи зовшшнього та внутрiшнього середо-
вища можуть як сприяти (стимулятори), так i за-важати (дестимулятори) тдвищенню значення
K gene ra l .
Kgeneral í
Впливи jOkHiW. нього середо вища
Д...................../...............■/■■■,
ргшнього сере-
довища 1 -;-»
^instant
Рис. 1. Сценари розвитку мюта як складно! системи
Один з таких суттевих дестабiлiзуючих впливiв генеруеться множиною потенцiйно небезпечних промислових об'екпв виробничо! системи мега-полiса, як джерел можливо! надзвичайно! ситуа-ци техногенного характеру (ТНС), а також еле-ментами iнженерно! iнфраструктури мюта. Зважаючи на потенцiйно високий рiвень техно-генно! небезпеки мегаполiса, управлшня програ-мами еволюци логютично! шфраструктури мае грунтуватися на принципах безпеки та еколопч-ностi рiшень, що приймаються, та безпосередньо включати управлшня техногенною безпекою (ТБ) територи.
Таким чином, iмплементацiя етапiв управлiння техногенною безпекою мегаполюа складаеться з 3 основних етапiв (рис. 2):
• прогнозування;
• оргашзащя ресурсозабезпечення;
• мошторинг (контроль).
Рис. 2. Етапи управлшня техногенною безпекою мюта
В подальшому основна увага придшятиметься саме прогнозуванню як першш функцiI управ-лiння, тому в робот проведено класифiкацiю особливостей надзвичайних ситуацiй техногенного характеру в умовах мегаполюа, що е визна-чальними для обрання iнструментальних засобiв прогнозування.
Концепцiя управлшня передбачае формулювання кiнцевоI мети управлiння. В термшах прогнозування параметрiв можливоI ТНС техногенного характеру мету прогнозування подано на рис. 3.
Зниження масштаб1в та пом'якшення наслщшв впливу небезпечних фактор1в ТНС
Ращональне використання
ресурав системи ТБ
Проведено аналiз вихiдних даних для моделю-вання НС за такими припущеннями:
• на видшених типах об'екпв вихiднi данi для моделювання НС однаковц
• потiк виникнення аварш можна сприймати як послiдовнiсть заявок на обслуговування;
• для визначення координат можливоI аварiI проводиться розбиття контрольованоI територiI сiткою на осередки (на рис. 4 подано приклад розбиття територи Шевченювського району Ха-ркова).
Рис. 3. Мета прогнозування
Таким чином, прогнозування здшснюеться на основi побудови iмiтацiйноI моделi виникнення i розвитку надзвичайних ситуацiй визначених ти-пiв в умовах мегаполюа.
В робоп розглянутi iнфраструктурнi об'екти: мереж водопостачання та водовщведення; мереж електропостачання, на яких виконано просторо-во-часове моделювання поди виникнення та рiв-ня складностi ТНС.
0
Рис. 4. Карта Шевченшвського району, м. Харшв, пер1од 1-10 березня 2018 р. Червон1 точки - м1сця авар1й
За оцшку рiвня складностi авари приймаються такi:
• для водопровiдних мереж - прямi збитки або вартють витрат;
• для електричних мереж - непрямi збитки. Розглянемо шдхщ до моделювання мiсця, часу i рiвня тяжкостi НС.
В рамках дослщження системи техногенно! без-пеки як обслуговуючо! системи розглянуто дуа-льну методологiю щодо визначення параметрiв iмiтацiйноl моделi виникнення i розвитку НС на елементах iнженерноl шфраструктури. Проекцшний niдхiд (рис. 5). Передбачае незале-жне визначення випадкових параметрiв розм> щення аварiйних ланок iнженерноl шфраструк-тури як послiдовностi двох одновимiрних рiвно-мiрних розподiлiв та визначення часового розпо-дiлу момент1в Тп виникнення аварiй як нестацю-нарного розподiлу Пуассона.
1нтегральний шдхвд
Побудова точок-генератор1в Уп = (хп, уп) - застосу-вання елеменпв кластерного анал1зу;
визначення Тп - реал1защя шдходу пор1внювально1 стати -ки з накопичувальним ефектом
V У
Рис. 5. Визначення параметр1в шггацшнох модел1 1нтегральний пiдхiд. Мiстить побудову точок -
генераторiв, потужнiсть яких (характеристика складностi авари) визначаеться на основi реал> заци пiдходу порiвнювальноl статики з так зва-ним накопичувальним ефектом у межах певного часу.
Визначення точок-генераторiв проводиться iз застосуванням кластерного аналiзу iз визначен-ням розмiру кластера як 2-5% вщ максимального лiнiйного розмiру контрольованого району. Вихiдний ряд значень локацш i складностi аварiй формувався за даними офщшного сайту комуна-льного пiдприемства "Харювводоканал". 1нтер-вал спостережень становив рiк. При цьому штен-сивнiсть лшвщацл покладалась однаковою для вшх точок-генераторiв. Моделювання проводилось за районами мегаполюа, зокрема, розгляда-вся Шевченкiвський район, площа якого складае 62 км2, тобто 17,7% площi всього мiста. До уваги приймались авари на трубопроводах першого i другого класу за дiаметром:
I-й клас - дiаметр вiд 1000 до 1200 мм;
II-й клас - дiаметр вщ 500 до 1000 мм (див. рис.
4).
Проаналiзовано та упорядковано приблизно 2000 спостережень (рис. 6). Визначеш максимальна та мшмальна кiлькiсть аварiйних робiт на день - 11 та одна вщповщно. Середня щоденна кiлькiсть аварiйних робгг становила 5,2 одиницi. Контрольовану територда розбито прямокутною (регулярною) сiткою вимiрiв на комiрки (Ахк, Душ) вигляду Дхк=Хк-1 - Хк, Душ = ут-1 так, що комiрка (Ахк, Душ) сiтки мiстить не бшьше одше! точки-генератора Уп у кожному часовому зрiзi:
Упе(Ахк, Душ), яка е центром вiдповiдного кластера.
Проекцiйний п1дх1д Vn = (xn, yn):
, xn посладовн1сть • yn г "двох однови-J м1рних piBHO-м1рних розпо-дiлiв ;для ге-
Tn - нестацюнарний pозподiл Пуассона
1
2 Time Quantity Xcoord Ycoord Xcoord Ycoord Xcoord Ycoord Xcoord Ycoord Xcoord Ycoord Xcoord Ycoord Xcoord Ycoord Xcoord Ycoord Xcoord Ycoord
3 03.01.2015 7 -2940 14295 -16364 19258 -20660 19625 -19427 29375 -34891 35563 -29962 27010 -14283 16085 -40597
4 03.02.2013 4 -5969 2078 -16364 19258 -31879 1034O -2329 29760
5 03.03.2015 5 -24254 1526 -17910 9521 -24570 24945 -33594 28259 -27028 21722
Б 03.04.2015 9 -28201 30317 -25036 5468 -14292 23159 -33594 28259 -31341 17471 -40597 21621 -26910 3553 -18847 36577 -25740 11055
S 03.06.2015 2 -1274 14769 -1133 32048
Э 03.07.2018 7 -39908 33599 -36994 28511 -14220 27585 -38559 8122 -19066 20240 -25567 4595 -21950 18754
10 03.0S.2015 6 -1707 403 -165 4099 -26299 3597 -35559 8122 -15252 9394 -12599 16258
11 03.09.2018 5 -1707 403 -7910 18306 -31608 32270 -38559 8122 -15250 27797
12 03.10.2015 5 -20762 98 -3713 20802 -37509 23780 -36312 12787 -19592 33015 ■ 03.01.2С1Б
13 03.11.2018 4 -8389 15254 -374 33699 -35603 4G47 -15188 31099 ■ x i
14 03.12.2015 4 -14382 24475 -8004 6760 -15654 31542 -34022 23467
15 03/13/2G1S 5 -1182 16343 -16627 29519 -38071 7414 -15873 26780 -15292 9556 + . - ут ж Ж"
16 03/14/2018 5 -32504 31235 -39481 33635 -18946 20976 -20880 2137 -40998 1593
17 03/15/2018 1 -4246 5621 + x B ■ ^ ¿03.03.Z01S ♦ra.o2.zo is xra.od.zo is жоз.о5.го1в • 03.06.1018 + 03.07. Z0 IB -03.0B.Z01B -03.09.Z018 ♦оз.ш.го IB ■ 03.11.Z01S A03.12.Z01B 03/13/Z01B
13 03/16/2018 9 -4246 5621 -4784 36959 -42257 23695 -7039 16269 -12640 23991 -27781 2725
19 3/17/2018 4 -10402 8027 -26348 1043 -42257 23695 -67is| 1045S ♦ Ж 1 AX X 1
20 3/18/2015 5 -14819 465 -17063 11930 -42257 23695 -20282 27603 -5569 6757
21 3/19/2018 9 -39930 2638 -31925 33875 -20822 31144 -14804 16146 -8569 6757 -9872 23351 -
22 3/20/2018 5 -38405 7561 -23419 8031 -6571 6379 -11694 28501 -15118 14428
23 3/21/2018 5 -21366 1758 -3728 6546 -11226 7072 -39907 22368 -18856 21995 -19442 27869 ♦ --в Ж
24 3/22/2018 S -21430 25770 -16432 32890 -7717 7279 -14953 1969 -33957 8427 -19442 27869
25 3/23/2015 5 -108БЗ 25081 -29210 30749 -37405 13147 -14953 1969 -26620 26983 ♦ 4- x ж A
25 3/24/2015 7 -42681 34691 -14461 32894 -8403 11515 -29931 8438 -20543 17410 -20967 15921
27 3/25/2015 -38797 13015 -56S5 5753 -6785 22384 -14705 24564 -1369 13661 -1031 34570
28 3/26/2015 7 -10728 11955 -6423 16945 -12277 35207 -32026 15426 -35509 30412 -10825 8023 xJ" 4 1 ♦
79 3/27/2015 4 -21202 4913 -12302 5965 -19191 24906 -19375 5596
30 3/28/2015 4 -39846 20606 -41721 13214 -18726 30952 -19375 5596 -45 1 1 1 -10 -5 1 03/14/2018
Рис. 6. Вигляд робочого поля з вiзуалiзацieю спостережень
Потужшсть точки-генеpaтоpa Vn визнaчaeться як ште^альна xapaктеpистикa, що в часовому iнтеpвaлi (часовому вiкнi) [T0, Tf] обчислюeться за фоpмулою
TF Уш xk
ö n = J J J dxdydt,
T0 УШ-1 xk-1
(2)
при цьому покладаемо, що вс точки вiдповiдноi комiрки сiтки вимiрiв мають потужнiсть ^п точки-генератора Уп.
Зауважимо, що потужнiсть залежить вiд дов-жини часового вшна [То, Тр]. На рис. 6 показана сггка вимiрiв, що е корельова-ною з рис. 5, значення яких розраховаш за спо-стереженнями першоI половини березня 2018 р. Фiолетовим кольором забарвлеш комiрки з най-вищим рiвнем небезпеки, блакитним кольором -з найнижчим рiвнем. Побудоване скалярне поле спостережень е шдгрунтям для генераци вхвдно-го потоку замовлень на обслуговування для те-риторiальноI системи техногенноI безпеки.
Рис. 7. За спостеpеженнями 1-10 беpезня 2018p. 3. Biicmobkii
Пpи упpaвлiннi пpогpaмaми еволюцiï логiстичноï iнфpaстpуктуpи великиx мiст необxiдно вpaxову-вати невизнaченiсть зовнiшнього та внуфшньо-го сеpедовищa пpогpaми, зо^ема можливiсть виникнення надзвичайно1' ситуaцiï теxногенного xapaктеpу. З цieю метою в pоботi pозглянутa методика визначення пapaметpiв можливо1' надзви-чайно1' ситуацп на елементax iнженеpноï iнфpa-стpуктуpи як заявки на обслуговування лопстич-ною пiдсистемою системи теxногенноï безпеки мегаполюа.
Mоделювaння пpоводиться пpотягом деякого пеpiоду часу та e тд^унтям оцiнювaння готов-ностi теpитоpiaльноï системи теxногенноï безпе-
ки до обслуговування визначеного потоку замов-лень.
Лiтeрaтурa: 1. Пирогов С.В. Концептуальные модели убавления paзвитием гоpодa // Вестник ХГУ. 2012. №1(17). С. 114 - 128. 2. Попов В.М., Чуб И.А., Новожилова М.В. Концепция адаптивного убавления ^ограммами paзвития систем теxногенной безопасности pегионa // У^а^ния pозвитком склад-ниx систем. 2015. № 21. С. 156-162. 3. Попов В.М., Чуб ИА., Новожилова М. В. Mодель адаптивной системы теxногенной безопасности pегионa // Системи у^ав-лшня, навтацп та зв'язку. 2013. Вип. 2(26). С. 120123. 4. Сумець O. М., Бабенкова Т. Ю. Лопстична ш-фраструктура: теоретичний аспект К.: Хай^ек Прес, 2010. 46 c. 5. Доля В.К., Давiдiч Ю.О., Лобашов О.О. Mi^ri i pегiонaльиi ^облеми еpгономiки i лопстики. Xapкiв: ffTMT, 2011. 201 с. 6. Комарницький, I.M., Питуляк Н.С., Когут 1.В. Mеxaнiзми фоpмувaння ло-гiстичниx ценфш // В1сник НУ «Льв1вська полiтеxнi-ка». 2007. №174. С. 190-196. 7. Новожилова М.В., Чуб
0.1.. Мележек P.C. Концепщя «city-лопстики» в уп-paвлiннi мегапол1сом // Комунальне господapство м1ст. 2018. № 4. С. 193-197. Tрaнcлiтeрoвaний cnicoK лп^ратури.
1. Pirogov S.V. Kontseptualnyie modeli upravleniya razvitiem goroda // Vestnik TGU. 2012. №1(17). S. 114 -128.
2. Popov V.M., Chub I.A., Novozhylova M. V. Kontseptsiya adaptivnogo upravleniya programmami razvitiya sistem tehnogennoy bezopasnosti regiona // Upravlinnya rozvitkom skladnih sistem. 2015. № 21. S. 156-162.
3. Popov V.M., Chub I.A., Novozhilova M. V. Model adaptivnoy sistemyi tehnogennoy bezopasnosti regiona // Sistemi upravlinnya, navigatsii ta zv'yazku. 2013. № 2(26). S. 120-123.
4. Sumets O. M., Babenkova T. Yu. Logistichna infpastpuktupa: teopetichniy aspect. K.: Hay-Tek Pres, 2010. 46 s.
5. Dolya V.K., DavIdich Yu.O., Lobashov O.O. Miski i regionalni problemi ergonomiki i logistiki. Harkiv: NTMT, 2011. 201 s.
6. Komarnitskiy, I.M., Pitulyak N.S., Kogut I.V. Me-hanizmi formuvannya logistichnih tsentrlv // Visnik NU «Lvivska politehnika». 2007. № 174. S. 190-196.
7. Novozhylova M.V., Chub O.I., Melezhek R.C. Kontseptsiya «city-logistiki» v upravlinni megapolisom // Komunalne gospodarstvo mist. 2018. № 7. S. 193-197.
Надшшла до pедколегiï 16.12.2018 Peцeнзeнт: д-p теxн. наук., пpоф. Литвинов А.Л. Чуб Oльгa Iгoрiвнa, канд. екон. наук, стapший ви-кладач кaфедpи економiчноï кiбеpнетики ХНУРЕ. Haуковi iнтеpеси: математичне моделювання стpукту-pи та функцюнування склaдниx оpгaнiзaцiйно-теxнiчниx систем. А^еса: Укpaïнa, 61166, Xapкiв. пp. Науки, 14, тел. (067) 581-45-64. Hoвoжилoвa Марина Boлoдимирiвнa, д-p фiз.-мaт. наук, пpофесоp, зaвiдувaч кaфедpи пpиклaдноï математики i iнфоpмaцiйниx теxнологiй Xapкiвського на-цiонaльного унiвеpситету мiського господapствa iменi O.M. Бекетова. Haуковi iнтеpеси: математичне моде-
лювання та теорiя та методи дослщження операцiй. Адреса: Украна, 61000, Харшв. вул. Маршала Бажа-нова, 17, тел. (097)517-22-79.
Мележек Роман Сергшович, ад'юнкт Нацiонального унiверситету цивiльного захисту Украши, м. Харкав. Науковi штереси: моделювання ресурсного забезпе-чення Мкидаци надзвичайних ситуацiй техногенного характеру. Адреса: Украша, 61000, Харкав. вул. Чер-нишевська, 94, тел. (057) 707-34-13. Chub Olga, Ph.D., senior lecturer of the Department of Economic Cybernetics, Kharkiv National University of Radio Electronics, Kharkiv. Scientific interests are mathematical modeling structure and functioning complex organizational and technical systems. Address: Ukraine, 61166, Kharkov, Nauki ave., 14, phone (067) 581-45-64.
Novozhylova Maryna, Doctor of Sci., Professor, Head of the department of applied mathematics and information technologies of O.M. Beketov National University of Urban Economy in Kharkiv. Research interests are math modeling and the theory and methods of operations research. Address: Ukraine, 61000, Kharkov, Bazhanova str., 17, tel. (097) 517-22-79.
Melezhek Roman, adjunct of the National University of Civil Defence of Ukraine. Research interests are mathematical modeling and optimization of the structure and fUnctioning complex technical systems. Address: Ukraine, 61000, Kharkov c., st. Chernyshevskaya, 94, tel. (057) 707-34-13.
