CC BY
38
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Эксплуатация воздушного транспорта. Безопасность полетов
УДК 629.735.067:005
ТЕОРИЯ ТАКСОНОМИИ АВИАЦИОННОЙ И ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ НА ОБЪЕКТАХ ВОЗДУШНОГО ТРАНСПОРТА
А.Н. БОЧКАРЕВ
Статья представлена доктором технических наук, профессором Зубковым Б.В.
В статье предложена теория таксономии авиационной и пожарной взрывобезопасности и рассматриваются методы защиты объектов аэропорта и полетов воздушных судов от актов незаконного вмешательства
Ключевые слова: теория таксономии, методы защиты.
Разработка теоретических основ таксономии авиационной и пожарной взрывобезопасности (далее АБ и ПБ) необходима в связи с процессами использования современных информационных технологий для защиты объектов гражданской авиации ( далее Г А) от актов незаконного вмешательства. Создание таксономии авиационной и пожарной взрывобезопасности ( теории классификации и систематизации сложно организованных отношений в предметных областях, какими являются системы организации АБ в аэропортах) является повседневной потребностью практики работы по обеспечению авиационной безопасности полетов гражданских воздушных судов. Нарушение международных стандартов обеспечения авиационной безопасности по открытым печатным источникам нередкость, если учесть последствия многих известных нарушений. Данная статья является результатом исследования в области АБ, целью которого было раннее предупреждение возможных кризисных ситуаций на объектах ГА, способов организации соответствующего мониторинга работы подразделений служб АБ аэропорта и авиакомпаний.
Известно, что организация авиационной и пожарной взрывобезопасности полетов воздушных судов (ВС), аэропорта дело весьма сложное, многоуровневое, а следовательно, несущее большой поток информации.
Проведенный анализ актов незаконного вмешательства позволил установить критерии авиационной безопасности, создать классификатор событий в области обеспечения авиационной и пожарной взрывобезопасности. По критерию /0, который коротко определяется как соответствие событий по АБ и ПБ пунктам, предписанным к обязательному выполнению соответствующими стандартами, правилами и инструкциям, был разбит на четыре таксона {М1,М2,М3,М4} , при этом пятый таксон - таксон катастрофических исходов М5 [4].Таким образом, универсум был разбит на 5 таксонов ( 4 - основных таксона, которые отражают негативные события и недостатки в обеспечении АБ и пятый таксон - это возникающие, вследствие отношений таксонов кризисные ситуации, катастрофические события).
Итак универсум событий, образующийся в процессе подготовки ВС к полету, широк. Как принято в таксонометрии или в кластерном анализе каждому из событий, удовлетворяющих критерию //о, присваивается некоторая переменная в хг]. , где г - номер таксона; ] - номер в классификации элементов в таксоне.
Приведем пример, когда наложение событий из разных таксонов приводит к возникновению окна уязвимости и как следствие кризисной ситуации.
11 марта 1996 года в США потерпел крушение пассажирский самолет ДС-9 авиакомпании «Уа1иуеЪ>, выполнявший рейс 592 из Майами в Атланту, вследствие быстрого возгорания перевозимого груза и последующего пожара, возникшего на борту воздушного судна. Данное событие обозначим, как А1 - пожар на борту пассажирского ВС ( кризисная ситуация).
Пожар на ВС ( х01) произошел вследствие образования цепи катастрофических событий, а также сочетания и одновременного наложения следующих негативных факторов (рис. 1):
Б1 ( х11) - невыполнения мер АБ в аэропорту вылета по предполетному досмотру перевозимых грузов, принадлежащих авиакомпании «Уа1иуеЪ>;
В1 (х21) - нарушения выполнения правил АБ в аэропорту вылета при перевозке опасных грузов воздушным транспортом;
Г14 (х314) - несоблюдение требований АБ авиакомпанией «Уа1иуеЪ> правил перевозки опасных грузов воздушным транспортом;
Д8 (Х48) - невыполнения требований АБ компанией «8аЬге1есЬ», доставившей на борт ВС опасный груз ( незадекларированный груз).
А Б В Г д
А,* • Б1 V —. _ Ч •в1 "" _ ч • Г14 “ ■- =4 /
д8
Рис. 1
Если представить, что (х0, у0, г0, t0) - точка, составленная из элементов соответствующих
таксонов (невыполнение и нарушение процедур АБ, несоответствие стандартам АБ) и пр., то несложно описать маршрут «путешествия» объекта наблюдения по универсуму, т.е. составить маршрутную карту. В нашем случае имеем дело с базовыми (выделенные нами по данному критерию т)0 ) таксонами. Их количество ограничено, число же минимальных таксонов строго определяемо. В нашем исследовании были получены результаты, на основании которых можно гарантировать АБ при созданных подсистемах в системе автоматизированного контроля за безопасностью в аэропортах.
Предположим, что в общем случае количество переменных не ограничено, но очевидно, количество таксонов определяется выбранным критерием. Также ясно, что окно уязвимости АБ возникает лишь тогда, когда элементы из таксонов попадают в круг определённого радиуса. Длину радиуса Я несложно подсчитать, если ввести единицу измерения. Для описания модели достаточно иметь безразмерные величины. В частности, можно определять количеством нарушений стандартов по АБ и ПБ ( предписаний).
Поэтому Я2 = (х - х0 )2 + (у - у0 )2 + (г -г0 )2 + (t -10 )2. Но так как именно для точек, принадлежащих кругу Я2 > (х - х0 )2 + (у - у0 )2 + (г - г0 )2 -10 )2, мы можем получить цепь событий,
приведших к необратимым событиям, в таксонах эти точки соответствуют событиям, приведшим к катастрофическому событию.
Поэтому запишем предварительную функцию:
I(Х0, у0, г°, t0 )
( Х - Хо ) +(у - уо ) +( г - го ) +(t - Ч ) - Я
я5
делена в Я (в линейном пространстве, равном размерности 5). Из последних соображений
возникает функция 1 - катастрофы , т.е. описывающая при определённых условиях «попадания» события в круг радиуса Я:
у1(х - Хо )2 +(у - уо )2 +(г - го )2 +(t - tо )2 - Я2
( Х - Хо )2 +(у - уо )2 +( г - го )2 +(t - tо )2 ’
РЯ2
если обозначить Р (Х Хо) +(у у°) +(г г°) +(^ ^) , тогда 11
°) ' \7 ^°! ' ‘■°! 'V -°; тогда -71 „2 -я2
Р
Любопытной в данной модели является точка с координатами (Х°,у°,г°,tо). Смысл её в том, что она является конкретным событием, приведшим к катастрофе, т.е. она тем самым является центром катастрофы, но можно для каждого такого центра вычислить определенный радиус окна безопасности. В качестве примера покажем для случаев трех переменных соответствующую графическую модель окна безопасности ( рис. 1).
Таким образом, приняв за основу классификацию событий по критерию 7)° в таксоны, введя формализацию понятия окна уязвимости, мы показали визуализацию этой модели в виде поверхностей. Причем в качестве некоторых предварительных демонстраций выбраны Я = 1, Я = 4, Я = 13 , т.е. в качестве точки центра катастрофы (°;°), а радиус «окна» по количеству элементов М°.
Используя идеи и методы конструктивной математики, можно исследуемую задачу АБ смоделировать в виде конкретного алгоритма. Для этого необходимо представить созданную базу (универсум) событий, предшествующих подготовке ВС к полету с помощью таксонов (кластеров) по выбранному критерию, тогда схемы искомых алгоритмов и порядок действий будут иметь вид действия оператора АБ по предотвращению актов незаконного вмешательства на объектах ГА.
Алфавитом послужат атомарные понятия определенных выше групп минимального словаря (пересечение ключевых слов), а именно: х. , г - индекс таксона Б, В, Г, Д соответственно 1, 2,
3, 4, а индекс . - номер элемента в таксоне, знаки плюс и минус индикаторы выполненного предписания или, что то же самое - знак элемента таксона присваемого в организации слова и четвертая буква д*. (третья группа), т.е. {х., ©, (-).
Далее определим знаки, использующиеся во вспомогательных построениях и не содержащиеся в данном алфавите. В нашем исследовании такими знаками были: стрелка, стрелка с точкой, фигурные скобки, кавычки, скобки круглые.
За этими знаками идут следующие предписания и определения:
® - стрелка - "приписать (приставить) слева к палочке палочку;
®. - стрелка с точкой- "приписать (приставить) слева к палочке палочку и закончить";
{ - фигурная скобка - обозначение схемы алгоритма1 ;
« » - кавычки - читать отмеченный ими знак;
( ) - круглые скобки - выделяют дополнительные условия существования алгоритма или текста.
Запись вида А ® В , где А и В слова одного алфавита, будет называться формулой. Иначе эту формулу называют простой формулой подстановки слова В вместо слова А.
1
Если А ®. В - заключительная формула подстановки.
Под алгоритмом мы будем понимать - точное предписание, которое задает вычислительный процесс (называемый в этом случае алгоритмическим), начинающийся с произвольного исходного данного (из некоторой совокупности возможных данных) и направленный на получение полностью определяемого этими исходными данными результата. Алгоритм должен удовлетворять нескольким условиям. Понятно, что список формул подстановок составляет существенную часть алгоритма.
Если есть некоторый алгоритм А , перерабатывающий при первом шаге применения к слову Р в слово 0 также из алфавита А, то А просто переводит слово Р в Q, (Р - Q), если же Р переводится в слово 0 по формуле заключительной подстановки, то А заключительно переводит Р
в о, (р -. 0) .
Будем обозначать:
А: (Р|- 0) - просто переводится Р в 0;
А: (Р -. 0) - заключительно переводится Р в 0.
Если алгоритм А не применим к слову Р, то это обозначается А: ^ Р.
Если А: Рі - Р2 - Р3 - Р4 - Р5 - ... - Рп ,то эту цепочку переводов слова Рі в Рп при условии ( Р1 = Р, Рп = 0) будем обозначать:
А: Р ^ Рк - если применение алгоритма А обрывается на слове Рк;
А: Р ^ . 0 - если применение алгоритма А заключительно переводит слово Р1 в слово Рп;
А: Р |= 0 - если применение алгоритма А переводит слово Р1 в Рп.
Приведем простейший алгоритм приписывания слева одной палочки к другой А={1 ® 1
- это значит слева к единице (по аналогии, палочке на счетной доске), установленной на счетном инструменте (машина Тюринга, любое вычислительное поле) будет приписываться единица и этот процесс по приписыванию единиц слева никогда не завершится, т.е. алгоритм неосуществим; если же алгоритм записать А = {1 ® .1 - алгоритм после первого шага осуществится и результат будет иметь вид 11, так как это заключительная формула.
Ниже запишем алгоритмы, необходимые в моделировании исследуемых процессов:
1) алгоритм, перерабатывающий слово Р само в себя { ®.; А: Р- . Р;
2) алгоритм А1 приписывания слова Р слева { ®. Р; А1 : W - Р'. А(Р)=АР;
3) частный случай алгоритма А1 : { ® .1; А1 : Р - 1Р;
4) пустой алгоритм 0 или А2 : { ® А.
Пусть требуется приписать (+) из алфавита А к единице1. Эта задача решается алгоритмом А1 (№2) { ®. (+) ; А1 : 1 - (+)1, т.е. результатом будет (+)1.
Пусть необходимо убрать какой-то знак (букву) а из слова Р. Этот алгоритм представляется схемой { а ®., так как присваивает знаку а пустое место на счетной доске, иначе из слова Р этот алгоритм "выбрасывает" знак а . Понятно, что алгоритм, заданный схемой {(+) ®, аннулирует все знаки (+) в слове Р. Присвоим этому алгоритму имя А3.
Примеры.
1. В: {1 ®., этот алгоритм означает убрать из вычисления первую встретившуюся в слове единицу.
2. Пусть дано сложное слово Р(+)0, тогда алгоритм А3 переработает это слово в слово вида Р0. Если слова Р и 0 состояли из единиц, как это сделано в нашей модели, то понятно Р0 -слово, состоящее из двух наборов единиц или просто сумма, если полученное множество пересчитать (мощность множества).
Чтобы выполнить предписание, достаточно применить алгоритм А3, {(+) ®., тогда получим Р1 (+) Р 2 - Р1Р2 - слово, состоящее из объединения единиц двух слов.
1 В нашем случае это элемент из какого-то произвольного таксона.
Из теории алгоритмов известно следующее утверждение.
Если В: Р- ЬР, где Ь - буква из расширения алфавита А т.е. А и {Ь}.
Так же справедливо, что:
1.В: Р|- РЬ
2.В: ЬР - РЬ .
На основании этих утверждений далее можно интерпретировать весь минимальный словарь
АБ.
Итак, выделенные нами переменные х. являются буквами нашего алфавита, где г - индекс
таксона, . - порядковый номер в таксоне. Здесь необходимо напомнить, что в классическом случае буквами являются атомарные понятия (в нашем исследовании тезаурусная модель), но в нашей ситуации - ключевые слова. Будем считать, что имеется оператор А, который называем оператором авиационной безопасности и присваивающий знак (+) или (-) после буквы. Функция знака выполняется в предписании (данная буква или нет) А ={х. (±)--------®. Оператор ра-
ботает так, чтобы возникло слово, определяющее готовность воздушного судна к вылету
Х21 (-)Х22 (-)Х23 (-) ‘ " Х2 39 (-)Х31 (-)Х32 (-) " ' Х3 46 (-)Х31 (-)Х42 (-) ‘ " Х4 21 (-)
Х51(-) Х52(-) •" Х57(-) —®
Стрелка с точкой на конце означает окончание алгоритма проверки всех элементов таксонов. Знак минус означает как невыполнимость элемента таксона при идентификации каждой ситуации в информационном поле системы обеспечения авиационной безопасности и подготовке воздушного судна к вылету из аэропорта. Например, рассмотрим следующую ситуацию, которая образовалась в ходе подготовки воздушного судна к вылету из аэропорта так, следующее соотношение переменных х21(-)х22(-) х23 (-) •" х239(-) х31(-)х32 (-)••• х346(+)-® означа-
ет, что на объекте воздушного транспорта ( аэропорт) произошло «нарушение требований технологии предполетного досмотра багажа пассажиров в аэропорту ». Стрелка ——.® показывает
прекращение проверки, образования соотношения переменных ( слова), если в процессе его конструкции возник знак (+), это значит в интерпретации для службы авиационной безопасности возникла ситуация тревоги и необходимости дополнительного контроля, т. е. сработал алгоритм сигнал на прекращения алгоритма образования слова.
Оператор авиационной безопасности работает так, чтобы, как только появляется знак (+), неважно после какой буквы, алгоритм ставит------®, в случае же появления (-) , алгоритм ставит
стрелку ---®, без точки, как только алфавит исчерпан, наступает естественный обрыв и ставится -----®. Очевидно, что в случае начального сбоя проверки срабатывает оператор аннуля-
тор, если же на стадии любой из параллельных регламентных операций по обеспечению авиационной безопасности подготовки ВС к вылету случайным образом без очереди появляется после буквы знак (+), то работа оператора АБ прекращается в алгоритмическом режиме. В случае наложения негативных событий и образования окна уязвимости на мониторе должен появиться сигнал «Тревога», если например, образовалось слово: х21(-) х22(+)-®, т.е. «невыпол-
нение требований по обеспечению АБ при наземном обслуживании ВС».
На основании проведенных исследований с использованием результатов теории систем и математического моделирования нами были построены четыре модели, изоморфные между собой, имеющие своей целью формализовать процесс обеспечения авиационной и пожарной взрывобезопасности при подготовке к полету ВС. Анализ ситуаций, реально существовавших в авиационной практике, привел нас к выводам - современная система информационного обеспечения авиационной и пожарной взрывобезопасности в аэропортах должна включать следующие информационные блоки:
- таксономии угроз АБ ( оперативный сбор текущей информации о состоянии авиационной безопасности в аэропорту);
- классификации полученной информации о выявленных недостатках в системе авиационной безопасности аэропорта;
- баз данных по выявленным недостаткам и нарушениям мер АБ;
- таксономии выработки и реализации оперативных методов и моделей противодействия возникшим угрозам АБ на объектах Г А.
Следовательно, в целях предупреждения актов незаконного вмешательства в деятельность ГА, в том числе новых угроз, необходимо активное внедрение новых информационных систем в практику работы САБ аэропортов Г А, создание современных организационно-аналитических центров по АБ и образование специальных хранилищ баз данных, включая формирование баз знаний по АБ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Белый О.В., Сазонов А.Е. Информационные системы технических средств транспорта. - СПб.: Элмор, 2001.
2. Корнилов В.Н. Сборник документов по авиационной безопасности. - М.: ИнфАвиа, 2003.
3. Киселев О.С., Коротких В.Е. Современные средства технической безопасности. - Казань: Новое знание,
2003.
4. Шрейдер Ю.А., Шаров А. А. Системы и модели. - М.: Радио и связь, 1982.
MODERN SYSTEMS INTENDED TO ENSURE SECURITY OF AIR TRANSPORT
Bochkarev A.N
Processing , analyzing, and classification on obtained information about discovered deficiency in aviation security system.
Сведения об авторе
Бочкарев Александр Николаевич, 1956 г.р., УСИ (1979), доцент кафедры безопасности полетов и жизнедеятельности МГТУ ГА, автор свыше 120 научных работ, область научных интересов - проблемы обеспечения авиационной безопасности и безопасности жизнедеятельности.
