Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Проблема оценки уязвимости объектов транспортной инфраструктуры (ОТИ) и возможные подходы к ее решению 8
1.1 Анализ состояния дел в области исследования уязвимости объектов транспортной инфраструктуры 8
1.2 Обобщенный анализ безопасности объектов транспортной инфраструктуры железнодорожного транспорта на региональном и федеральном уровнях 27
1.3. Системный анализ и теория принятия решений как методическая основа решения обсуждаемой проблемы 40
ГЛАВА II. Программно-алгоритмическое обеспечение анализа уязвимости ОТИ на региональном уровне .56
2.1 Обоснование состава факторов, оказывающих влияние на формирование уровня уязвимости объектов транспортной инфраструктуры 56
2.2. Алгоритм построения и методика применения свертки локальных критериев уровня уязвимости ОТИ 60
2.3. Программное обеспечение построения агрегированного критерия уровня уязвимости ОТИ 74
ГЛАВА III. Построение комплексной оценки уровня уязвимости железнодорожных мостов Восточной Сибири 93
3.1 Формирование исходной информации для практической ее реализации и последующего содержательного анализа полученных результатов 93
3.2. Расчет макрооценок уровня уязвимости железнодорожных мостов Восточной Сибири 101
Заключение 105
Список литературы
- Обобщенный анализ безопасности объектов транспортной инфраструктуры железнодорожного транспорта на региональном и федеральном уровнях
- Системный анализ и теория принятия решений как методическая основа решения обсуждаемой проблемы
- Алгоритм построения и методика применения свертки локальных критериев уровня уязвимости ОТИ
- Расчет макрооценок уровня уязвимости железнодорожных мостов Восточной Сибири
Обобщенный анализ безопасности объектов транспортной инфраструктуры железнодорожного транспорта на региональном и федеральном уровнях
Формирование доступной и надежной транспортной системы остается неотъемлемым условием создания инфраструктурного базиса для устойчивого развития экономики, от состояния которой зависят возможности государства по выполнению таких важнейших функций, как защита национального суверенитета страны, ресурсной независимости и повышения глобальной конкурентоспособности.
В современных условиях, при вступлении России во Всемирную торговую организацию, только при гарантированно высоком уровне безопасности движения возможно привлечение международного транзитного грузопотока. Поэтому одним из приоритетов ОАО «РЖД» становится не только соблюдение современных стандартов качества предоставляемых услуг при транспортировке грузов в международной транспортной системе, но и повышение безопасности перевозок, что может дать ощутимый финансовый результат для отечественных транспортных компаний и будет способствовать повышению престижа России в глазах мирового сообщества.
Совместно с федеральными органами по надзору в сфере транспорта, научно-исследовательскими организациями и отраслевыми университетами ОАО «РЖД» (далее – Компания) проводит большую работу по экономическому обоснованию мероприятий, направленную на обеспечение безопасности движения поездов. В условиях перехода Компании к холдинговой структуре помимо научного обоснования повышения качества работы, организации труда и управления производством проводится значительная работа по профилактике предупреждения аварийности и снижению расходов, связанных с нейтрализацией рисков и угроз безопасности перевозок.
В рамках реализации государственной политики по обеспечению транспортной безопасности на ОАО «РЖД», как объект транспортной инфраструктуры, законодательно возлагаются задачи планирования и реализации мер по обеспечению необходимой безопасности. Компания, как крупнейший перевозчик и субъект транспортной инфраструктуры России, проводит целенаправленную работу по обеспечению безопасности на железнодорожном транспорте с учетом накопленного в предыдущие годы опыта.
Согласно Федеральному закону «О транспортной безопасности», транспортная безопасность определяется как состояние защищенности объектов транспортной инфраструктуры и транспортных средств от актов незаконного вмешательства [1]. Важным этапом стала одобренная Правительством РФ «Стратегия развития железнодорожного транспорта в Российской Федерации до 2030 года», определяющая долгосрочную государственную политику по развитию железных дорог [13].
В числе основных задач по обеспечению безопасности на объектах железнодорожного транспорта необходимо отметить такие задачи как: разработка методологии и практических методов решения задач обеспечения безопасности на объектах железнодорожного транспорта; проведение категорирования и оценки уязвимости объектов железнодорожного транспорта; создание, модернизация и ведение баз данных по оценке уязвимости категорированных объектов; разработка системы требований по обеспечению безопасности объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта с учетом категории и уязвимости объекта транспортной инфраструктуры.
С этой целью в ОАО «РЖД» приняты функциональные стратегии обеспечения гарантированной безопасности и надежности перевозочного процесса и управления рисками. Созданная в ОАО «РЖД» система управления безопасностью, являясь составной частью интегрированной системы управления Компании, постоянно совершенствуется в зависимости от складывающейся обстановки и реалий времени. Развивается и совершенствуется нормативная и методическая база, практическая деятельность в области обеспечения безопасности.
В Компании разработана и утверждена Концепция комплексного обеспечения безопасности пассажиров, обслуживающего персонала и объектов пассажирского хозяйства, которой определены основные принципы, направления и этапы развития системы обеспечения безопасности пассажирского железнодорожного комплекса. В соответствии с утвержденной Программой организационных мероприятий по антитеррористической защите объектов ОАО «РЖД» завершается разработка стандартов в области обеспечения безопасности объектов высокоскоростного движения. [14].
Особое внимание в Программе уделяется вопросам предупреждения и предотвращения фактов незаконного вмешательства в деятельность железнодорожного транспорта. Эта работа ведется во взаимодействии с правоохранительными органами, ведомственной охраной федерального органа исполнительной власти в области железнодорожного транспорта, с привлечением частных охранных предприятий.
Рассматривая угрозы транспортной безопасности, необходимо учитывать, что ОТИ представляют собой сложные технические, энергоемкие системы. Они, как правило, весьма значимы и масштабны, насыщены транспортными средствами и механизмами, различными грузами, в том числе опасными.
На актуальность проблемы оценки уязвимости объектов транспортной инфраструктуры на современном этапе указывается в Приказе Министерства транспорта Российской Федерации от 25 октября 2011 г. №515 «Об утверждении методических рекомендаций по проведению оценки уязвимости объектов транспортной инфраструктуры и транспортных средств железнодорожного транспорта» [17]. Оценка уязвимости проводится аккредитованными организациями, определенными частью 2 статьи 5 Федерального закона №16-ФЗ «О транспортной безопасности», с учетом перечня потенциальных угроз совершения актов незаконного вмешательства в деятельность объекта транспортной инфраструктуры и транспортного средства, а также с использованием модели нарушителя.
К настоящему времени в соответствии с Постановлением Правительства РФ от 31.03.2009 №289 «Об утверждении Правил аккредитации юридических лиц для проведения оценки уязвимости объектов транспортной инфраструктуры и транспортных средств» [11] аккредитовано свыше шестидесяти организаций для проведения оценки уязвимости объектов транспортной инфраструктуры и транспортных средств железнодорожного транспорта. Совместно с Московским институтом инженерного транспорта разработаны учебные программы подготовки сотрудников подразделений транспортной безопасности, ответственных за обеспечение транспортной безопасности должностных лиц субъектов транспортной инфраструктуры, специалистов для проведения оценки уязвимости, а также студентов высших учебных заведений [103].
Системный анализ и теория принятия решений как методическая основа решения обсуждаемой проблемы
Выше уже отмечалась настоятельнейшая необходимость создания фундаментальной научной методологии оценки уровня безопасности объектов транспортной инфраструктуры, отсутствующей в настоящее время. Представляется, что основой такой методологии могут и должны стать современные методы математического моделирования. Они являются признанным инструментом научного анализа сложных, с множеством внутренних и внешних взаимосвязей объектов различной природы, поскольку позволяют на модельном уровне формализовывать закономерности, присущие этим объектам, посредством разработки их качественных абстрактных образов. Это открывает широкие возможности в повышении эффективности вырабатываемых управляющих воздействий, поскольку при этом экспериментирование может проводиться не с «живой» системой, а с е математической моделью.
В рамках теории принятия решений разработан целый спектр методов, позволяющих объединять перечисленные в п.2.1 частные характеристики (критерии) уязвимости в некие ненаблюдаемые в реальности агрегаты (свертки), что позволяет оценивать обобщенные свойства объектов (в нашем случае уязвимость ОТИ) (см., например, [31-33, 57, 60-62, 69, 95] ).
Будем основывать дальнейшее изложение в основном на работах [31, 32, 60-62, 95], в которых представлена методика объединения локальных критериев в обобщенные агрегаты с использованием аппарата линейного программирования.
Итак, пусть в распоряжении исследователя есть численная информация о g критериях уязвимости г объектов транспортной инфраструктуры, т.е. матрица X = jc!y, i = \r,j = \g. Пусть к оценке уязвимости каждого ОТИ привлечены р экспертов. На основе использования их сравнительных высказываний и матрицы X необходимо построить линейную свертку частных критериев (агрегированный критерий) вида: где j-номер частного критерия. Далее организуется процедура независимого опроса экспертов относительно сравнительной уязвимости пар ОТИ. При этом каждый эксперт производит свою оценку только по отношению к парам, уязвимость ОТИ в которых он может с уверенностью сравнить.
Каждый i-ый эксперт строит индексное множество пар объектов, в которых первый объект более (не менее) уязвим, чем второй, и множество пар объектов, уязвимость которых, по мнению эксперта, «примерно» одинакова, i = \,p. Здесь /,. и si - размерность множеств М и N соответственно. При этом не исключаются ситуации, когда какое-то из множеств N или М оказывается пустым, поскольку эксперт может затрудниться в указании требуемых пар.
В случае непротиворечивости экспертных высказываний должны быть совместны системы линейных равенств и неравенств
Сделаем одну необходимую оговорку. А именно, чем больше значение R(k), тем выше уязвимость k-го объекта. Значит, для достижения однородности обобщенного и частных критериев необходимо полагать, что каждый фактор х} позитивно (в формальном смысле) влияет на уязвимость, то есть усиливает (увеличивает) ее. А в приведенном выше перечне частных характеристик уязвимости ОТИ есть такие (например, количество охранников), которых уязвимость снижают. Такие характеристики х, необходимо преобразовывать, например, посредством использования переменных 1/хг. Поэтому в (1) естественен переход от переменных х, к переменным 5с,., задаваемым по правилу: Гхг, если i-ый фактор увеличивает где, в соответствии с (4), а 0, j = 1,g. Для агрегированного показателя уязвимости R очевидным образом остаются справедливыми системы равенств (2) и неравенств (3). высказывания по отношению к е-ой паре в множестве М .
При отсутствии информации об оценках уровня компетентности экспертов будем полагать Д = 1 для всех i = \p.
Учтем еще несколько важных соображений. Для обеспечения возможности сравнения степени уязвимости разных по характеру и масштабу ОТИ агрегированному показателю уязвимости R необходимо придать относительный характер. Это можно делать, например, следующим образом.
В том случае, если изначально уровень компетентности экспертов неизвестен (Д. = — для всех i), то после решения указанной задачи ЛП этот Р уровень можно вычислить, рассчитав среднюю разрешающую способность высказываний каждого эксперта: то есть чем выше суммарная разрешающая способность ограничений (6), тем выше уровень компетентности соответствующего эксперта.
Разумеется, такой способ оценивания уровня компетентности экспертов является в определенной мере относительно условным, поскольку жестко привязан к виду функции, задающей свертку критериев. Если, в частности, вместо линейной функции (1) использовать более гибкую, например, полином, результаты могут оказаться несколько иными.
Предположим теперь, что задача ЛП (6), (7), (9), (10), (8) несовместна, то есть экспертные высказывания взаимно противоречивы. В этом случае в соответствии с теорией решения некорректных задач А.Н. Тихонова нужно искать квазирешение указанной задачи, использовав при этом прием, описанный, например, в [76].
Алгоритм построения и методика применения свертки локальных критериев уровня уязвимости ОТИ
Общая постановка задачи определяет основные требования к построению программного комплекса агрегирования линейной свертки локальных критериев, которые состоят в следующем: а) комплекс должен обеспечивать возможность полностью автоматизировать процесс построения линейной свертки частных критериев, начиная с анализа исходной статистической информации, выполнения операций формирования, преобразования данных и заканчивая получением значений выходных переменных; б) комплекс должен поддерживать возможность ввода исходной информации об объектах транспортной инфраструктуры и о критериях Программная реализация ряда алгоритмов, разработка структуры и отдельных модулей комплекса выполнены МС. Ракисловой. уязвимости не только путем импорта файла, но и добавления данных вручную; в) кроме того, он должен позволять использовать экспертную информацию о сравнительной уязвимости пар объектов, а впоследствии рассчитывать уровень компетентности каждого эксперта; г) составные части комплекса должны быть достаточно гибкими и настраиваемыми, а он сам должен позволять подключать новые модули, расширяя и дополняя ранее созданные программные блоки; д) программные средства построения агрегированного критерия должны обеспечивать их высокую адекватность при исследовании исходных данных и при формировании линейной свертки. Помимо требований, определяющих структуру комплекса агрегирования линейной свертки локальных критериев и частично его функциональное наполнение, необходимо сформулировать ряд принципов и подходов, которых следует придерживаться при проектировании и разработке. Приведем их: - структурный подход к программированию; - принцип нисходящей разработки.
При непосредственной разработке данного комплекса применен структурный подход, заключающийся в использовании логических структур и блок-схем, что позволило на этапе проектирования определить функциональный состав, глобальные процедуры и функции, а также приблизительный алгоритм действий. В процессе создания комплекса были использованы принципы нисходящей разработки, определяющие фактическую реализацию программы «сверху-вниз». При этом разработка начинается с определения целей решения проблемы, после чего происходит последовательная детализация путем разбиения комплекса на программные модули. Каждый программный модуль представляет собой короткую программу, решающую отдельную задачу (подзадачу). Таким образом, результатом является законченная детальная программа. При этом подходе предполагается использование различных программных заглушек для еще не реализованных процедур и функций системы и, тем самым, достижение полной функционально-структурной картины уже на начальном этапе, заметно ускоряет процесс разработки и отладки отдельных подсистем. При этом построение заглушек велось по принципу «черного ящика», когда известны входные и выходные данные определенных процедур и модулей, а фактическое их наполнение еще не реализовано.
К программно-аппаратной базе сформулированы следующие требования: - модули и блоки, выполняющие функции математической обработки, взаимодействия с файловой системой, должны быть направлены на достижение максимального быстродействия; - составные части комплекса, определяющие его «внешний вид», построение диалогов и системного меню, должны быть, по возможности, интерактивными, дружественными, реализовывать преимущества графического и табличного отображения, взаимодействовать с существующим программным обеспечением, поддерживать контекстную помощь и т.д.
Разрабатываемый комплекс относится к специализированным пакетам, т.к. содержит ограниченный набор методов, используемых в конкретной предметной области, и предназначен для решения узкого класса задач.
Этапы разработки и проектирования, относящиеся к непосредственной реализации комплекса (проектирование его общей структуры, разработка модулей и блоков, отладка программных компонент и т.д.) будут подробно рассмотрены ниже. Целью всего процесса разработки пользовательского интерфейса является эффективный выбор и размещение визуальных элементов управления, обеспечение целостности интерфейса (в пределах одного диалогового окна должны быть только те элементы управления, которые относятся именно к его главному предназначению, не должно быть лишних элементов) и его интуитивная «понятность».
Проектирование архитектуры интерфейса ПК было реализовано с использованием графических редактора Microsoft Office Visio.
ПК должен обладать простым, удобным, легко осваиваемым интерфейсом, который способен предоставить конечному пользователю все необходимые для его работы функции, но в то же время не дать ему возможности выполнять какие-либо лишние действия.
Для удобства пользователя необходимо обеспечить возможность загрузки данных из внешнего файла. Исходные данные должны отображаться на главной форме слева направо в соответствующем порядке. Кроме того, должна быть обеспечена возможность ввода данных вручную. Интуитивно понятно, что знак «+» обозначает добавление данных, а знак «-» удаление выделенных данных.
Для перехода к следующему или предыдущему шагу должна быть осуществлена навигация с использованием кнопок «Далее», «Назад». Для дальнейшего решения задачи пользователю должна быть предоставлена возможность отметки факторов, увеличивающих уязвимость, ввода количества экспертов и результатов их высказываний. После ввода исходных данных запускается задача построения агрегированного критерия.
Расчет макрооценок уровня уязвимости железнодорожных мостов Восточной Сибири
Займемся теперь обоснованием выбора именно этих характеристик. В п. 1.1 отмечалось, что категорирование ОТИ по уровню уязвимости в действующих методиках производится по трем группам показателей: статистические данные по АНВ по данному объекту за фиксированный период, возможное количество погибших или получивших вред здоровью людей, возможный материальный ущерб и вред окружающей природной среде. Обсудим вкратце эти показатели и их адекватность существу изучаемой проблемы.
Итак, пусть за прошедший период имел место рост числа АНВ для объекта. На что это указывает? Будет ли и дальше это число расти? Или произойдет некоторое «насыщение злокозненности» и оно будет уменьшаться или стабилизируется на некотором уровне? Другими словами, даже направление влияние данного показателя на уровень уязвимости ОТИ весьма неоднозначно.
Второй показатель – возможное количество погибших и раненых. Представляется, что объективно его оценить, или даже указать сколько-нибудь правдоподобный диапазон соответствующих значений едва ли возможно.
По поводу ущерба. Явно недостаточно подсчитывать только прямой ущерб, хотя он, безусловно, крайне важен. Если вести речь о железнодорожных мостах, в него входит стоимость моста, средства на его восстановление в случае разрушения и восстановление средств охраны, стоимость подвергшегося террористической атаке состава. Кроме этого, необходимо оценить косвенный и сопряженный ущерб, который может многократно превышать прямой – грузы вовремя доставлены не будут, что приведет к нарушению межотраслевых связей, репутационным потерям и т.д. Наконец, важной является оценка «привлекательности» моста для потенциальных террористов, которые неизменно стремятся причинить максимальный вред.
Безусловно, развернутую критику указанных показателей можно продолжать еще долго, хотя, думается, и уже изложенного достаточно, чтобы сделать вывод об их либо искусственности, либо недостаточности. Далее в данной главе будут предложены частные показатели уязвимости железнодорожных мостов, которые могут быть объединены в две группы – внутренние, характеризующие защищенность моста от возможных АНВ, и внешние, отражающие его привлекательность для потециальных злоумышленников при выборе объекта террористической атаки.
Категорирование ОТИ по уровню уязвимости прямо связано с объемом их финансирования с целью снижения этого уровня. При этом изъяны в его оценке, в частности, отмеченные выше, вызывают существенное неоправданное и нерациональное завышение соответствующих затрат. Так, например, только по Октябрьской железной дороге затраты на технические средства охраны за последние 5 лет составили более 9 млрд. рублей. А ведь еще необходимо оплачивать привлечение подразделений транспортной безопасности, численность которых, как показывают расчеты, должна превышать штаты МВД, ФСБ, МЧС и МО вместе взятых.
Эти обстоятельства приводят к следующему естественному выводу – не следует стремиться снизить уровень уязвимости абсолютно всех ОТИ, а только тех из них, агрегированная оценка уязвимости которых превышает некоторые допустимые пределы.
Исходные данные для построения свертки локальных характеристик в соответствии с материалом раздела 2.2 представлены в табл. 3.1. Отметим, что если иметь в виду уязвимость мостов по отношению к потенциальным террористическим угрозам, то разные частные показатели оказывают влияние различной направленности на агрегированную оценку такой уязвимости. Так, повышают ее уровень – и это совершенно очевидно, показатели: Х1, Х4, Х5, Х6, Х7, Х8, Х13. Ясно, что чем выше значения данных характеристик, тем соответствующий мост привлекательнее для осуществления террористических атак, поскольку урон – прямой, косвенный и опосредованный, - будет в этом случае больше. Остальные факторы – Х2, Х3, Х9, Х10, Х11, Х12, - «работают» на повышение защищенности моста от упомянутых угроз. Поэтому преобразуем компоненты соответствующих столбцов по формуле (4), заменив их (компоненты) на обратные величины. При этом для того, чтобы избежать деления на 0 при обращении переменной Х9, добавим предварительно ко всем элементам данного столбца число
Теперь займемся вопросом подготовки необходимой экспертной информации, то есть формирования множеств M i ,Ni .где i – номер эксперта. В данном случае процедура проведения экспертизы была организована следующим образом.
Была организована группа профессионалов из трех человек, являющихся высококвалифицированными специалистами по транспортной безопасности вообще и по противодействию террористическим угрозам в частности. Сравнительный анализ интегральной уязвимости железнодорожных мостов производился ими согласованно, в режиме коллективного обсуждения. То есть в данном случае мы имеем дело не с несколькими отдельными экспертами, а с одним «коллективным» экспертом. Сформированная таким образом экспертная информация представлена в табл. 3.2. При этом для ее элементов vij используются следующие обозначения: если