Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ процессов мониторинга потенциально опасных объектов 12
1.1. Свойства опасности в технических системах 12
1.2. Подходы к оценке риска при мониторинге потенциально опасных объектов 20
1.3. Задачи мониторинга потенциально опасных объектов 27
1.4. Формирование требований к системе мониторинга потенциально опасных объектов 31
Выводы по главе 1 40
Глава 2. Математическое моделирование процессов мониторин га безопасности потенциально опасных объектов 43
2.1. Концептуальная модель 43
2.2. Формирование сценариев развития опасных ситуаций в системе мониторинга потенциально опасных объектов 46
2.3. Модель сценариев развития техногенных аварий при мониторинге потенциально опасных объектов 61
2.4. Особенности логико-вероятностного управления риском в системе мониторинга потенциально опасных объектов 79
2.5. Алгоритм прогнозирования развития ситуаций в системе мониторинга потенциально опасных объектов 89
Выводы по главе 2 95
Глава 3. Практическая реализация моделей и методов монито ринга потенциально опасных объектов 97
3.1. Система информационно-алгоритмической поддержки процесса мониторинга и принятия управленческих решений по предотвращению техногенных ЧС на потенциально опасных объектах 99
3.2. Методика моделирования процессов мониторинга потенциально опасных объектов 108
3.3. Управление мониторингом потенциально опасных объектов 127
Выводы по главе 3 138
Заключение 140
Литература 142
Приложение
- Подходы к оценке риска при мониторинге потенциально опасных объектов
- Формирование требований к системе мониторинга потенциально опасных объектов
- Формирование сценариев развития опасных ситуаций в системе мониторинга потенциально опасных объектов
- Методика моделирования процессов мониторинга потенциально опасных объектов
Введение к работе
Актуальность темы исследования:
Для успешной реализации политики обеспечения безопасности объектов и эффективного управления рисками необходима достоверная, максимально полная и своевременная информация о наличии и состоянии природных ресурсов, о качестве окружающей среды, а также о причинах и последствиях возникающих опасных ситуаций, приводящих к пожарам и чрезвычайным ситуациям (ЧС). В сложившихся условиях управления мониторинг является средством для получения, обработки, хранения и отображения (передачи) информации, являющейся основой для прогнозов и, в конечном итоге, для выработки безопасных и экономически эффективных решений по предотвращению пожаров и ЧС.
В России организационной основой мониторинга является Концепция федеральной системы мониторинга критически важных объектов и (или) потенциально опасных объектов инфраструктуры РФ и опасных грузов, введенная в действие распоряжением Правительства РФ от 27 августа 2005 г. № 1314-р, закрепившая распределение функций между центральными органами федеральной исполнительной власти - министерствами и ведомствами.
Видовая и аналитическая информация о местах возникновения и параметрах ЧС по каналам связи в оперативном режиме передается в Национальный Центр управления в кризисных ситуациях МЧС России, региональные центры и Управления МЧС субъектов РФ, администрациям субъектов РФ и др. органы управления. В общей системе мер противодействия ЧС приоритет отдается комплексу мероприятий, направленных на снижение риска возникновения ЧС и смягчение их последствий. Мониторинг основан на управлении рисками пожаров и ЧС, которое невозможно без информационной поддержки для подготовки и принятия управленческих решений по предупреждению и ликвидации ЧС.
Анализ показал, что существующая система мониторинга не обладает
необходимыми возможностями для наблюдения, оценки и прогноза всего спектра угроз и опасностей, которые характерны для потенциально опасных объектов России. В соответствии с этим в диссертационном исследовании была выполнена разработка процессов моделирования мониторинга техногенного характера потенциально опасных объектов как информационно-аналитической подсистемы МЧС объединяющей усилия функциональных и территориальных подсистем в части прогнозирования возможности возникновения ЧС и их социально-экономических последствий. Создание комплексной мониторинговой системы по прогнозированию ЧС природного и техногенного характера позволит значительно повысить эффект снижения риска за счет точности и своевременности прогнозов. А точность зависит от полноты и адекватности используемых математических моделей расчета оценок риска и прогнозирования развития опасностей и угроз.
Применительно к потенциально опасным объектам мониторинг - это постоянный сбор информации, наблюдение и контроль за объектом,1 включающий процедуры анализа риска, измерения параметров технологического процесса на объектах, выбросов вредных веществ, состояния окружающей среды на прилегающих к объекту территориях. Данные мониторинга и информация о различных процессах и явлениях служат основой для анализа риска и прогнозирования. Целью прогнозирования ЧС является выявление времени возникновения опасной ситуации, возможного места, масштаба и последствий для населения и окружающей среды.
В настоящей работе, выполненной в соответствии с паспортом специальности 05.13.10 «Управление в социальных и экономических системах» (пункты 4, 5, 11) исследуются методы и алгоритмы включения в контуры управления результатов мониторинга и прогноза, разрабатывается соответствующее информационно-алгоритмическое, математическое обеспечения методов моделирования и прогнозирования, являющихся основой разрабатываемых и внедряемых автоматизированных систем мониторинга объектов регионов, строящихся в рамках системной интеграции при широком использо-
7 вании новых информационных технологий, общих банков данных, знаний,
алгоритмов прогноза, методик анализа информационных потоков, компьютерных моделей и прогнозирующих компьютерных систем. Степень разработанности темы исследования:
Работы по стратегии управления рисками с привлечением новых подходов из области фундаментальных наук были начаты в 1997 г. по инициативе МЧС России. В них принимали участие исследователи из Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, Института проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН, Московского физико-технического института, Всероссийского научно-исследовательского института гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС России (ВНИИГОЧС), Всероссийского научно-исследовательского института противопожарной обороны МЧС России (ВНИИПО), Академии Государственной противопожарной службы МЧС России (АГПС), Академии управления МВД России и другие ученые.
Крупный вклад в развитие теории и практики управления уровнем безопасности социально-экономических систем внесли труды многих отечественных и зарубежных ученых (Кононов Д.А., Кульба В.В., Ковалевский С.С., Косяченко С.А., Новиков Д.А., Махутов Н.А., Малинецкий Г.Г., Кача-нов С.А., J.B. Rundle, D.L. Turcotte, W. Klein, Моисеев H.H., Порфирьев Б.Н., Ларичев О.И., Мечитов А.И., Ребрик СБ., Хакен Г., Луман Н., Бек У., Найт Ф., Прангишвили И.В., Юдицкий С.А., Бурков В.Н., Трахтенгерц Э.А. и др.).
Формированию концепции приемлемого риска и прогнозирования ЧС в структуре МЧС посвящен ряд работ Н.Н. Брушлинского, А.К. Микеева, В.И. Козлачкова, В.Л. Семикова, СВ. Соколова, Н.Г., Владимирова В.А., Воробьева Ю.Л., Салова С.С, Шахраманьяна М.А., Шойгу С.К., Козлова Е.А. и др.
Работы Рябинина И.А., Можаева А.С, Громова В.Н., Соложенцева Е.Д., Карасева В.В., Поспелова Д.А., Краснова О.В., Черкесова Г.Н. являются основой использования логико-вероятностного подхода при разработке сценариев развития отказов и оценке надежности технических систем.
Однако в настоящее время с учетом ввода в эксплуатацию Националь-
8 ного центра управления в кризисных ситуациях (НЦУКС) и ряда региональных центров управления в кризисных ситуациях, разработка инструментов для эффективного управления риском потенциально опасных объектов, методов ситуационного моделирования, оценки, анализа и прогнозирования развития опасных ситуаций становится весьма актуальным.
Исследования и разработки по теме диссертационной работы выполнялись в соответствии с Единым тематическим планом НИОКР МЧС России на 2007 г. (п. 1.5.6. части 2) ФГУ ВНИИПО МЧС России совместно с ЗАО «Навигационные системы» и плана научной работы Академии ГПС МЧС России на 2008-2010 годы (п. 6.2.4.42).
Объектом исследования в диссертации являются процессы мониторинга потенциально опасных объектов, предметом исследования - логико-вероятностные методы ситуационного моделирования риска пожаров и чрезвычайных ситуаций в системе мониторинга потенциально опасных объектов.
Гипотеза исследования. Использование предложенной модели и методов мониторинга потенциально опасных объектов позволит обеспечить полноту и качество обработки информации о параметрах безопасного функционирования объекта, генерацию сценариев прогнозирования рисков техногенных ситуаций на объектах.
Цель диссертационного исследования - совершенствование процессов мониторинга потенциально опасных объектов на основе логико-вероятностного моделирования.
Задачи исследования:
Провести анализ техногенных опасностей потенциально опасных объектов, определить роль и место системы мониторинга при обеспечении их безопасного функционирования с целью формирования требований к системе мониторинга потенциально опасных объектов.
Сформировать модель генерации сценариев развития опасных ситуаций в системе мониторинга потенциально опасных объектов.
Разработать методику прогнозирования возникновения и развития
чрезвычайных ситуаций техногенного характера, на основе логико-вероятностного управления риском.
Разработать критерий качества сценариев, провести оценку эффективности и адекватности предлагаемых методов на основе практически реализованной системы.
Сформировать информационно-алгоритмическое обеспечение моделирования процессов мониторинга потенциально опасных объектов.
Методологическая база исследования: системный анализ, теория управления, теория рисков, теория вероятностей, теория графов, алгебра логики, теория случайных процессов, математический аппарат цепей Маркова.
Эмпирическая база исследования основывается на анализе статистических данных об аварийных ситуациях на потенциально опасных объектах, опыте эксплуатации технических систем транспортировки газа.
Научная новизна исследования. Автором впервые обосновано использование логико-вероятностного подхода при моделировании сценариев развития опасных ситуаций на потенциально опасных объектах. Разработан алгоритм решения задач мониторинга потенциально опасных объектов с использованием аппарата знаковых графов, позволяющего формально строить аттрактивные сценарии развития опасных ситуаций в фазовом пространстве параметров мониторинга, путем аппроксимации траекторий импульсных процессов на знаковых орграфах как цепей Маркова. Разработана и обоснована методика выбора критерия качества мониторинга и сравнительной оценки сценариев развития опасных ситуаций, построены структурная, логическая и вероятностные модели риска возникновения аварийной ситуации для системы газоснабжения объектов жилищно-коммунального хозяйства.
Положения, выносимые на защиту:
структура информационно-алгоритмического обеспечения системы мониторинга потенциально опасных объектов;
метод сценарного моделирования процессов мониторинга потенциально опасных объектов на основе математического аппарата знаковых гра-
10 фов, который позволяет работать с данными как качественного, так и количественного типа;
модель обработки параметров безопасного функционирования объектов с использованием аппарата знаковых графов, обеспечивающую генерацию аттрактивных сценариев развития техногенных ситуаций на потенциально опасных объектах на основе цепей Маркова;
методика моделирования процессов мониторинга потенциально опасных объектов на основе логико-вероятностного подхода;
алгоритм и критерий оценки эффективности процессов мониторинга потенциально опасных объектов.
Теоретическая и практическая значимость исследования заключается в разработке автором теоретических основ и прикладного аспекта построения информационно-алгоритмического обеспечения процессов мониторинга потенциально опасных объектов. Полученные результаты моделирования процессов мониторинга потенциально опасных объектов могут быть использованы при оценке риска пожаров и ЧС, а также оптимизации процессов управления в системах безопасности.
Обоснованность и достоверность результатов исследования подтверждается глубоким теоретическим исследованием проблем обеспечения безопасного функционирования потенциально опасных объектов, подробным анализом техногенных опасностей, применением современных математических методов ситуационного моделирования, оценкой сходимости и проверкой достоверности теоретических и экспериментальных данных.
Апробация исследования и внедрение разработанных моделей и алгоритмов проводилось в информационно-алгоритмическом обеспечении реализации программных модулей моделирования автоматизированной геоинформационной системы контроля и оперативного информирования о состоянии стационарных и мобильных потенциально опасных объектов, совместно разработанной ФГУ ВНИИПО МЧС России и ЗАО «Навигационные системы» (г. Омск), прошедшей приемочные испытания в декабре 2007 г., системе
радиоканального мониторинга объектов Краснодарского края «Стрелец».
Основные результаты были доложены на семинарах, научно-практических конференциях и совещаниях МЧС России; на научно-практической конференции в командно-инженерном институте г.Минска (2004 г.), Академии ГПС МЧС России (2003-2008 гг.), ФГУ ВНИИПО МЧС России; на Международных научно-практических конференциях «Проблемы управления безопасностью сложных систем» (ИПУ РАН, 2004-2008 гг.), международных научных конференциях «Информатизация и информационная безопасность правоохранительных органов» Академии управления МВД России (2008-2009 гг.) и др.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации составляет 152 страниц, в том числе 26 рисунков, 5 таблиц и список литературы из 117 наименований.
Подходы к оценке риска при мониторинге потенциально опасных объектов
В настоящее время происходит переход от оперативного управления, которым в основном занимается МЧС России, к прогнозированию и предупреждению бедствий и катастроф, подготовке и отработке сценариев наиболее эффективных действий по их ликвидации, выработке национальной доктрины в области безопасности [23, 47].
Согласно требованиям [15] объекты социально-бытового, жилого и иного назначения следует оборудовать структуированной системой мониторинга и управления инженерными системами (СМИС). СМИС подлежат обязательной установке на ПОО, особо опасных, технически сложных и уникальных объектах. К ПОО относят объекты, на которых используют, производят, перерабатывают, хранят или транспортируют радиоактивные, пожа ровзрывоопасные, опасные химические и биологические вещества, создающие реальную угрозу возникновения источника ЧС.
Объектами контроля и управления в СМИС должны выступать системы жизнеобеспечения и безопасности ПОО, такие как: теплоснабжение; вентиляция и кондиционирование; водоснабжение и канализация; электроснабжение; газоснабжение; комплекс пожарной безопасности объекта; лифтовое оборудование; оповещение об опасностях; охранной сигнализации и видеонаблюдения.
Системы газоснабжения играют ключевую роль не только в структуре ПОО, но и в экономике страны в целом. Россия на сегодняшний день является крупнейшим экспортером углеводородного сырья на мировом рынке. Поэтому любые инциденты, связанные с авариями или технической неисправностью магистральных трубопроводов влечет за собой огромные материальные потери.
По состоянию на 2007 [22] год общая протяженность линейно части магистральных трубопроводов составляет 241,642 тыс. км, из которых: магистральные газопроводы - 166,002 тыс. км; магистральные нефтепроводы - 51,404 тыс. км; магистральные продуктопроводы - 21,836 тыс. км; аммиакопроводы - 1,4 тыс. км.
Количество аварий по видам магистральных трубопроводов и анализ причин аварий представлены в табл. 1.1, 1.2.
Несмотря на то, что системы трубопроводного транспорта в настоящее время выполняют свои функции по бесперебойному снабжению потребителей нефтью, газом, нефтепродуктами, на магистралях имеют место отказы и аварии. Опасность, безопасность и риск считаются фундаментальными понятиями концепции безопасности трубопроводного транспорта. Любые отказы и аварии имеют вероятностную природу, и для оценки безопасности систем следует использовать методологию оценки риска как наиболее современный инструмент. Исходя из этого, безопасность трубопроводов определяется как состояние объектов сложной технической системы в условиях приемлемого риска.
Осознание того, что риск есть мера опасности - важнейший шаг в решении проблемы управления ситуацией, в которой наличествуют потенциальные факторы, способные неблагоприятно воздействовать на человека, общество и природу [33].
Следует отличать ставшую уже классической меру объективной возможности появления каких-либо событий - вероятность от формирующейся в последние десятилетия более общей, чем вероятность, меры опасности — риска. Риск сочетает в себе вероятность неблагоприятного события и объем этого события (потери, ущерб, убытки). Эти две как бы «элементарные» меры взаимосвязано фигурируют в мозгу субъекта при его действиях в условиях неопределенности, в условиях опасности. Строя комбинации этих элементарных мер, адекватных сложившейся ситуации, субъект оценивает уровень опасности и принимает решение о необходимых действиях (последнее относится к управлению риском) [28, 55, 78, 111].
Такое толкование риска может быть подкреплено совершенно прозрачными, логически непротиворечивыми суждениями субъекта об опасности, находящегося в одной из трех идеализированных ситуаций.
Первая ситуаг\ия. Вероятность возможного события весьма большая, но ущерб субъекту, связанный с этим событием, равен нулю (или бесконечно мал). В этой ситуации субъект ясно понимает, что он не подвергается опасности (риск равен нулю).
Вторая ситуация. Ущерб от возможного события велик, но вероятность его появления равна нулю. Следовательно, опасности нет (риск равен нулю). Третья ситуация. Вероятность события и ущерб от него равны нулю. Ситуация характеризуется как достоверное отсутствие опасности (абсолютная безопасность). Во всех других случаях, когда и вероятность, и ущерб принимают конечные значения, субъект оценивает сложившуюся ситуацию как опасную, характеризуемую соответствующим риском.
Формирование требований к системе мониторинга потенциально опасных объектов
Создание автоматизированных систем мониторинга критически важных и потенциально опасных объектов связано, прежде всего, с решением задач выбора конструкции, соответствующих функционалов, характеризующих свойства устройств, построением математических моделей, их верификацией. Т.е. здесь в основном возникают задачи, связанные с многокритериальной оптимизацией и принятием решений. При этом строится многомерное пространство параметров будущей конструкции и функционалы, определяющие ее качество [114]. Затем исследуется множество, выделяемое из всего пространства имеющимися ограничениями и границами приемлемых значений функционалов.
Природный и техногенный риск являются факторами, определяющими качество систем мониторинга потенциально опасных объектов. Степень природного и техногенного риска, которому подвергается человек, зависит от трех факторов: вероятности возникновения пожара и ЧС, их масштабов и уровня защищенности, обеспечиваемого пожарно-спасательными службами. Проблема снижения совокупного регионального риска, особенности работы в условиях ЧС порождают большое количество задач фундаментального и прикладного характера. В первую очередь, это задачи создания эффективной системы планирования и оперативного управления комплексами мероприятий по предупреждению и ликвидации ЧС [33, 55]. Основные особенности функционирования систем оперативного управления в условиях ЧС состоят в том, что проблема (чрезвычайная ситуация) развивается неожиданно, внезапно. Когда она возникает, перед системой управления встают задачи, не свойственные стационарному режиму работы организации по ее прошлому опыту. Анализ функционирования систем оперативного управления в условиях ЧС позволил выделить ряд их особенностей по сравнению с действием традиционных систем управления, что отражено в табл. 1.3.
Функционирование системы мониторинга потенциально опасных объектов базируется на основополагающих положениях ситуационного управления. Согласно этим положениям функционирование системы мониторинга пожаров и ЧС есть отклик на различные по своей природе воздействия внешней среды и хода технологических процессов. При этом последние рассматриваются как открытая система. Т.е. эффективность функционирования системы связывают с тем, насколько удачно она реагирует на внешнее окружение, насколько устойчива к неожиданным изменениям внешней среды, насколько эффективно использует свои потенциальные возможности [93].
Информация в условиях пожаров и ЧС становится основным ресурсом эффективного принятия решений. Как правило, в условиях пожаров и ЧС основной проблемой в принятии и реализации эффективных управленческих решений является недостаток не ресурсов и капитала, а информации, необходимой для их использования с наибольшим успехом.
Поэтому система мониторинга потенциально опасных объектов предназначена для информационной поддержки процессов централизованного оперативного мониторинга за состоянием стационарных и мобильных потенциально опасных объектов для своевременного выявления угроз возникновения чрезвычайных ситуаций на этих объектах, прогнозированию развития пожаров и ЧС в случае их возникновения. Система, по виду автоматизируемой деятельности, должна относиться к системам сбора, хранения, обработки и передачи информации. Система мониторинга ПОО должна обеспечивать: контроль в реальном времени состояния различных датчиков, уста новленных на потенциально опасных объектах с возможностью передачи информации о выявленных аварийных и предаварийных ситуациях в: -ЕДДС территориального органа управления чрезвычайными ситуациями (ТОУ ЧС); -Региональный информационно управляющий центр (РИУЦ); -ситуационный центр (СЦ) ФГУ ВНИИПО МЧС России; сбор, обработку и хранение полученной с контролируемых объектов телеметрической информации; определение в реальном времени местоположения контролируемых мобильных объектов с отображением его на электронной карте местности; аналитическую обработку информации и подготовку прогнозов динамики развития опасных факторов техногенных чрезвычайных ситуаций в случае их возникновения на контролируемых объектах. Важной проблемой является также оценка ценности и установление приоритета поступающей информации. Отправитель зачастую не представляет, насколько важными являются те или иные сведения. Вопрос о ценности информации обычно решается теми, кто ее получает и использует при оценке ситуации. Поступающая в систему информация обрабатывается по четырем основным направлениям: - обработка текущей информации; - проблемно-функциональное направление; - территориальное направление; - обобщающее направление. В рамках последнего интегрируется не только поступающая информация, но и результаты ее анализа в целях стратегического обобщения. Таким образом, в создаваемой системе мониторинга ПОО одним из самых важных направлений является информационная работа - оценка, анализ, обобщение всего объема имеющейся информации, касающейся тех или иных событий, ситуаций и прогноза развития пожаров и ЧС. От лиц, участвующих в этом процессе, требуются все более высокая квалификация, богатое воображение и оригинальность мышления. Их главная обязанность заключается в том, чтобы объявить тревогу до того, как ситуация станет кризисной. По функциональным признакам программно-аппаратный комплекс системы мониторинга должен подразделяться на следующие компоненты (функциональные модули): функциональные модули (подсистемы) геоинформационного контроля, моделирования и аналитической обработки информации; функциональные модули (подсистемы) сбора и передачи телеметрической информации о предаварийных ситуациях от различных контроллеров, датчиков, установленных на объектах. Совокупность подсистем и удаленных (стационарных и подвижных) модулей должны связываться в единую сеть посредством различных каналов и протоколов передачи данных. Модули сбора и передачи информации должны базироваться на специализированной микропроцессорной технике и объединять датчики, анализаторы, преобразователи и исполнительные механизмы для химического, пожарного, гидрологического и других видов мониторинга, установленные как непосредственно на технологическом оборудовании, так и в специальных помещениях и на территории контролируемых объектов.
Формирование сценариев развития опасных ситуаций в системе мониторинга потенциально опасных объектов
В процессе принятия решений на основе анализа развития опасных ситуаций на объекте необходимо представлять различные данные как об обстановке, характеризующей его безопасное функционирование и развитие, так и о самом объекте с целью формирования и обеспечения эффективных мер по предотвращению пожаров и ЧС [94, 95].,
Ситуационным и в то же время объектно-ориентированным методом отображения информации об обстановке и выработке необходимых действий в системе мониторинга является представление последовательности состояний в виде возможных сценариев поведения [27, 63, 65]. В работе предлагается механизм, при реализации которого сценарий может быть синтезирован как инструмент формального анализа альтернативных вариантов развития ситуации на потенциально опасном объекте при заданных целевых и критериальных установках в условиях неопределенности, когда возникают трудности непосредственного формирования конкретного плана проведения работ по целенаправленному управлению объектом.
Динамическая модель потенциально опасного объекта в системе мони _1торинга-опйсывает его моментальные состояния, обстановку, динамику их изменения, задает в каждый момент времени текущие ограничения на «безопасные» состояния, выход за которые неприемлем с точки зрения «физических» условий существования объекта [67, 71].
В модель предлагается включить следующие составляющие: где ]y[Q(Y;U\P) - модель идентификации параметров мониторинга; ML{x) -учета параметров окружающей обстановки; MD{o) - поведения системы; Ммо " измеРения состояний системы; Мж - измерения состояния окружающей среды; А - выбора процесса изменения объекта.
С использованием элементов метанабора системы мониторинга могут быть построены формализованные сценарии поведения и управления объектом. Отличительная особенность j\/f0{Y;U;P) как системного элемента сценарной системы с точки зрения теории управления - наличие в модели параметров описания управляемого объекта, включая: вектор эндогенных переменных yeY, характеризующий его фазовое состояние; вектор управляемых переменных ueU; вектор выделенных ресурсов ре Р. Назначение модели /f0 (У; /;/ ) заключается в формализованном выделении и описании связей между указанными величинами.
Учет параметров окружающей среды содержит экзогенные величины, по которым можно проводить анализ и строить различные предположения об их изменении в зависимости от информированности, но которые неподвластны участникам событий и не могут быть изменены. При сценарном анализе в модели поведения системы MD Q) формализованы динамика изменения фазовых состояний системы, описываемая посредством процедур преобразования характеризующих ее параметров, а также условий взаимодействия их с величинами, формализовано описывающими окружение; здесь же формулируются ограничения О, которые определяют условия поведения объекта.
Модель поведения объекта характеризуется набором основных пара-метровгИменно этот набор характеристику атакже операции их измерения и фиксации задают конкретные «фазовые» состояния, по которым наблюдается изменение объекта [101 ,102]. Введение в ситуационную модель отношения порядка г (например, временного упорядочения) позволяет говорить о текущих состояниях внешней среды и внутренних состояний или расширенных текущих состояниях. С использованием введенных понятий такой сценарий может рассматриваться как последовательность выделенных расширенных состояний, фиксирующих ход развития опасных ситуаций на объекте.
Следующий шаг создания сценарной системы мониторинга — постановка и решение проблемы измерения системных элементов сценария. Процесс построения сценария непосредственно связан с проблемой измерения параметров объекта и окружающей среды [106]. Именно выбор очередного экспертно значимого события (ЭЗС) отличает сценарий от других способов представления прогнозной информации. Вместе с тем определение ЭЗС существенно зависит от измерений.
Поэтому включение в модель параметров измерения состояний системы мониторинга ]\/[hl0 объясняется тем, что во многих случаях необходимо проводить анализ качества процедуры измерения фазовых состояний, так как недостаточно качественная оценка важнейших параметров объекта может привести к неадекватной идентификации модели. Включение модуля измерения состояния окружающей среды Мш имеет принципиально тот же смысл, что и для модуля Ммо
Для формирования элементов сценария необходимо осуществлять выбор элементов развития событий, в том числе факторов фиксации расширенных состояний объекта, которые войдут в формируемый сценарий. Наиболее распространенный на сегодняшний день способ задания выбора - критери-ально-экстремизационный механизм. В соответствии с ним для формализации критерия эффективности используют функции выбора в виде заданной целевой функции или функции полезности F(y). В этом случае стремятся увеличить критерий эффективности и выбрать управляемые факторы так, чтобы значение критерия было как можно больше, т.е. выполнить процедуру определения множества у векторов у , для которых осуществляется где Y - множество допустимых выборов.
В процессе принятия решений в пределах заданного горизонта управления информация о каждом из событий, представляемых сценарием, может иметь неоднозначный характер, так что могут быть получены различные варианты изменения обстановки, и, следовательно, должны быть применены различные управляющие воздействия. Окончательный выбор реализуемых управлений осуществляет JU.1P.
Таким образом, ЛПР в системе мониторинга отслеживает (контролирует, измеряет) управляемо-контролируемые факторы развития ситуации на объекте с целью предотвращения пожара и ЧС. Неуправляемые факторы, к которым, в частности, относятся природные неопределенные факторы группируются по степени информированности о них включают: неопределенные и случайные факторы.
Сформированный сценарий позволит адекватно отразить процесс поведения объекта, разработать стратегии организации и реализации превентивных и оперативных мер по изменению ситуации, сформировать стратегические и тактические планы действий, провести качественный анализ последствий, а также прогнозировать предполагаемые потери, ущербы и риски.
Общая схема построения сценария в момент времени наступления события включает несколько этапов (рис. 2.1): в соответствии с моделями производится оценка текущего состояния потенциально опасного объекта, уточняются параметры событий; фиксируется базовое состояние метанабора, в том числе возможного набора управляемо-контролируемых факторов; производится оценка ситуации, уточняются оценки предыдущих событий с точки зрения текущего состояния модели;
Методика моделирования процессов мониторинга потенциально опасных объектов
В качестве примера практической реализации моделирования процессов мониторинга потенциально опасных объектов на основе предложенных в диссертации подходов и методики рассмотрим задачу мониторинга и предотвращения пожаров и ЧС на объектах жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ), связанных с использованием природного газа [88].
Основным средством обеспечения требуемого безопасного функционирования систем газоснабжения объектов жилищно-коммунального хозяйства является мониторинг параметров, определяющих безопасное функционирование в процессе штатного режима. Здесь под мониторингом понимается процесс регулярного получения и первичной обработки информации о параметрах технического состояния системы газоснабжения, изменение которых влияет на безопасную эксплуатацию соответствующего оборудования, мониторинга газовой среды на контролируемых объектах.
Для достижения цели мониторинга необходимо в рамках его реализации последовательно решить следующие задачи: провести анализ безопасности функционирования технических средств системы газоснабжения объектов ЖКХ для определения параметров, требующих контроля; определить необходимый состав и объем информации о контролируемых параметрах; провести сбор статистической и экспертной информации о параметрах, определяющих безопасную эксплуатацию системы газоснабжения; оценить и проанализировать текущую безопасность эксплуатации системы газоснабжения на основе полученной информации и спрогнозировать ее значение на планируемом периоде с учетом результатов контроля, статистической и экспертной информации о параметрах, определяющих безопасную эксплуатацию технических систем газоснабжения объектов ЖКХ; разработать мероприятия и сформировать управленческие воздействия по обеспечению требуемой безопасной эксплуатации системы и предотвращения возникновения пожаров и ЧС; при необходимости уточнить модели возникновения происшествий в системе, перечень контролируемых параметров, требования к безопасной эксплуатации.
Для количественного оценивания и анализа безопасности эксплуатации используем предложенную двухуровневую систему показателей. Вектор вероятностей возникновения опасностей при функционировании технических средств системы газоснабжения где L - тип опасности.
Компоненты вектора Q ,Q , 0 являются показателями первого уровня. Вероятности возникновения причин опасности, которыми могут быть отказы элементов технической системы, ошибки обслуживающего персонала, неудачи при локализации возникшей опасной ситуации и инициирующие события, обозначим
Они являются показателями второго уровня. Значения вероятностей Q,Q ,-Ю возникновения опасностей при функционировании системы будут определяться значениями показателей этого уровня.
Первой задачей является анализ безопасной эксплуатации технических систем с целью определения параметров, требующих контроля. В рамках решения данной задачи на основании исследования процесса функционирования технических систем с использованием метода морфологического анализа определяется полный перечень возможных при функционировании ситуаций возникновения опасностей. Затем, используя модели процесса функционирования технических систем, строятся модели сценариев возникновения ситуаций. Очевидно, что вероятностная функция возникновения опасной ситуации может быть выражена через вероятности причин ситуаций, которые являются компонентами вектора Qv= щ ,--,q \--- м ,- q )) После этого проводится ранжирование причин по риску и определяются структурные веса причин, при условии, что все причины равновероятны. Затем определяются структурные значимости причин возникновения ситуаций, возможных при функционировании системы газоснабжения.
Вторая задача мониторинга - определение объема информации о контролируемых параметрах, достаточного для их оценивания, и состава приборной базы для получения данной информации. Для этого определяются возможности измерения контролируемого параметра либо определяется перечень косвенных диагностических признаков, позволяющих судить о его величине, на основании которых определяется состав приборной базы (первичных преобразователей, датчиков, извещателей и пр.) для получения требуемой информации.
Задача оценивания и анализа риска текущей безопасной эксплуатации системы газоснабжения на основе результатов мониторинга предполагает последовательное выполнение этапов определенного алгоритма (рис. 3.5).
Следующей задачей мониторинга является разработка плана мероприятий и управления предотвращением возникновения опасных ситуаций на основании результатов оценивания. Кроме того, в рамках решения этой задачи уточняются модели сценариев возникновения опасных ситуаций, перечни контролируемых параметров, а также требования к безопасной эксплуатации системы. При этом уточняются как исходные данные для моделей возникновения опасных ситуаций при функционировании системы, так и структура моделей. Необходимость уточнения перечня контролируемых параметров, определяющих безопасную эксплуатацию системы, обусловлена изменением веса возникающих ситуаций в ходе проводимого мониторинга. Уточнение требований, предъявляемых к безопасности, производится на каждом этапе мониторинга. Дискретному процессу следования экспертно значимых событий в рамках предложенной ЭЗР-модели на операторном орграфе соответствуют детерминированные сценарии развития техногенных аварий на объектах системы газоснабжения.
