автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Модель адаптивной системы информационной поддержки управления ликвидацией чрезвычайных ситуаций трансграничного характера

На правах рукописи БЕРДАШЕВ БАУРЖАН ЖАСКАЙРАТОВИЧ

МОДЕЛЬ АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ УПРАВЛЕНИЯ ЛИКВИДАЦИЕЙ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ ТРАНСГРАНИЧНОГО ХАРАКТЕРА

Специальность: 05.13.10 Управление в социальных и экономических системах (технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2014 005557079

005557079

На пиавах рукописи

БЕРДАШЕВ БАУРЖАН ЖАСКАЙРАТОВИЧ

МОДЕЛЬ АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ УПРАВЛЕНИЯ ЛИКВИДАЦИЕЙ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ ТРАНСГРАНИЧНОГО ХАРАКТЕРА

Специальность: 05.13.10 Управление в социальных и экономических системах (технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2014

Работа выполнена в учебно-научном комплексе автоматизированных систем и информационных технологий ФГБОУ ВПО «Академия Государственной противопожарной службы МЧС России»

Научный руководитель: Бутузов Станислав Юрьевич

доктор технических наук, доцент начальник учебно-научного комплекса автоматизированных систем и информационных технологий Академии ГПС МЧС России

Официальные оппоненты:

Качанов Сергей Алексеевич,

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор, заместитель начальника по научной работе ФГБУ ВНИИ по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям МЧС России

Порошки Александр Алексеевич,

доктор технических наук, старший научный сотрудник, начальник научно-исследовательского центра ФГБУ ВНИИ противопожарной обороны МЧС России

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Академия гражданской защиты

МЧС России»

Защита диссертации состоится 24 декабря 2014 г. в 11:00 ч. на заседании диссертационного совета Д.205.002.01 при Академии Государственной противопожарной службы МЧС России по адресу: 129366, г. Москва, ул. Бориса Галушкина, 4, зал Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Академии Государственной противопожарной службы МЧС России и на сайте http:// http://academygps.ru/uploads/files/jhaYhegTYVhafSLEgqJa.pdf.

Автореферат разослан «_»_2014 г.

Отзыв на автореферат с заверенной подписью и печатью просим направить в Академию Государственной противопожарной службы МЧС России по указанному адресу.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук, доцент

С.Ю. Бутузов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Современное развитие общества все в большей мере сталкивается с проблемой обеспечения безопасности и защиты человека и окружающей среды от воздействия техногенных, природных и экологических катастроф. Анализ статистических данных по крупным чрезвычайным ситуациям дает четкое представление, что масштабы зон поражения могут принимать трансграничный характер. При этом лицу, принимающему решение (ЛИР) в данной обстановке, необходимо в кратчайшие сроки решить ряд стратегически важных задач: согласование порядка оповещения и взаимного информирования об обстановке, расчет сил и средств, привлекаемых к выполнению поставленных задач, мероприятий, обеспечивающих своевременное прибытие сил и средств в районы чрезвычайных ситуаций, районов сосредоточения (размещения) формирований МЧС, мест развертывания оперативных штабов, пунктов управления, совместных действий и порядка оказания взаимной помощи при выполнении задач и т.д. В связи с этим возникает актуальная проблема взаимодействия и координации сил и средств с использованием инструментария информационного сопровождения ведомств Министерств сопредельных государств, привлекаемых к ликвидации чрезвычайных ситуаций. Проблема существенно усложняется в связи с тем, что область сотрудничества является частью общей системы современных международных отношений. Для решения поставленной проблемы и согласования перечисленных факторов необходимо моделирование объектов и процессов в виде единой системы реагирования на чрезвычайные ситуации трансграничного характера (рис. 1).

Рис. 1. Единая система ликвидации ЧС трансграничного характера

Вопросы эффективности управления при ликвидации чрезвычайных ситуаций рассматриваются во многих научных работах. Значительный вклад в исследование систем управления МЧС внесли H.H. Брушлинский, Н.Г. Тополь-ский, E.A. Мешалкин, В.Л. Семиков, C.B. Соколов, А.К. Микеев, Ю.М. Глухо-венко, В.Б. Коробко и другие. Однако в настоящее время с учетом развития Таможенного союза и других организаций стран СНГ вопрос управления подразделениями экстренных служб сопредельных государств в условиях трансграничных чрезвычайных ситуаций становится актуальной задачей.

Объектом исследования диссертационной работы является система взаимодействия между структурными подразделениями МЧС сопредельных государств, при решении совместных задач в области реагирования на чрезвычайные ситуации.

Предметом исследования являются методы, модели и алгоритмы управления при взаимодействии привлекаемых сил и средств сопредельных государств для ликвидации ЧС и пожаров на трансграничной территории.

Целью исследования является формирование модели единой информационно-аналитической системы для повышения эффективности управления (координации) подразделениями сопредельных государств при ликвидации ЧС трансграничного характера.

Для достижения поставленной цели в работе решаются задачи, необходимо:

- провести анализ структуры, организации, функций, методов деятельности специализированных структур сопредельных государств, накопленный опыт и проблемы их функционирования (на примере России и Казахстана);

- провести анализ накопленного опыта специальных формирований (на примере МЧС России и Комитета по ЧС МВД Казахстана) в борьбе с чрезвычайными ситуациями трансграничного уровня;

- разработать метод (способ) оценки эффективности взаимодействия подразделений экстренных служб (на примере МЧС России и Казахстана) при ликвидации ЧС трансграничного характера;

- моделировать деятельность подразделений МЧС России и Комитета по ЧС МВД Казахстана, оценка эффективности взаимодействия с использованием метода экспертных оценок;

- разработать адаптивную информационно-управляющую систему, обеспечивающую взаимосвязь между привлекаемыми силами и средствами при ликвидации ЧС трансграничного характера;

- апробировать разработанную систему на практике в виде дополнительных модулей существующих информационно-управляющих систем МЧС России и Комитета по ЧС МВД Казахстана.

Методы исследования. Для решения задач используются регрессионные и статистические модели, теория вероятностей, методы системного анализа, теория множеств, концептуальное моделирование.

В основу диссертационной работы положены результаты, полученные автором в ходе исследований, проводимых по планам научно-исследовательских работ Академии Государственной противопожарной службы МЧС России в период 2010-2014 гг. На базе полученных результатов разработана модель и информационная система координации сил и средств при ликвидации ЧС трансграничного характера.

Научную новизну представляют следующие полученные автором новые результаты: усовершенствованная модель информационно-оценочной адаптивной системы поддержки управления (координации) при ликвидации ЧС трансграничного характера. Результат представлен в виде модели системы посредника как инструмента для связи двух и более независимых систем поддержки

управления ресурсной базой ведомств сопредельных государств, в том числе:

- модель адаптивного управления подразделениями при реагировании на ЧС и пожары трансграничного уровня (на примере движения колонн автомобильной техники к месту ЧС на сопредельной территории России и Республики Казахстан) на основе моделей системного анализа и теории исследования операций;

- унифицированный алгоритм оценки эффективности взаимодействия подразделений МЧС сопредельных государств при реагировании на ЧС трансграничного уровня (на примере взаимодействия аварийно-спасательных формирований МЧС России и Комитета по ЧС МВД Казахстана на сопредельной территории).

Практическая ценность и значимость работы заключается:

- в усовершенствовании эффективности управления на основе моделирования процесса взаимодействия подразделений МЧС России и Комитета по ЧС МВД Казахстана при реагировании на ЧС трансграничного характера;

- в формализации рационального распределения информационных ресурсов между действующими в оперативном режиме подразделениями;

- в улучшении принципов организации взаимодействия между спасательными службами сопредельных государств, а также при оценке взаимодействия подразделений.

Достоверность полученных результатов определяется практическим внедрением и применением апробированных моделей, использованием материалов результатов диссертационной работы:

- Управление Единой дежурно-диспетчерской службы Департамента по чрезвычайным ситуациям Западно-Казахстанской области в комплексе технических решений по совершенствованию Автоматизированной информационно-управляющей системы (АИУС) ЕДДС;

- ГУ «Служба пожаротушения и аварийно-спасательных работ» Департамента по чрезвычайным ситуациям Западно-Казахстанской области в комплексе технических решений по совершенствованию автоматизированной системы Центрального пульта пожарной связи Центра оперативного управления силами и средствами;

- ФГБОУ ВПО Академия ГПС МЧС России в учебном процессе при изучении дисциплины «Информационные технологии в управлении».

Практическое применение результатов исследования подтверждается актами внедрения.

Апробация работы. Материалы работ и научные результаты, полученные в диссертационном исследовании, докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры, а также на:

1) XIX научно-технической конференции «Системы Безопасности-2010», г. Москва, 2010 г.

2) XVI Международной научно-практической конференции по проблемам защиты населения и территорий от ЧС на тему: «Технологии обеспечения ком-

плексной безопасности, защиты населения и территорий от ЧС — проблемы, перспективы, инновации», г. Москва, 2011 г.

3)У Международной научно-практической конференции курсантов, студентов и слушателей «Обеспечение безопасности жизнедеятельности: проблемы и перспективы. - Минск: КИИ, 2011 г.

4) XX научно-технической конференции «Системы Безопасности-2011», г. Москва, 2011 г.

5) II Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, г. Москва 2013 г.

Публикации. По тематике диссертации опубликовано 12 печатных работ, при этом 3 работы опубликованы в изданиях, рекомендованных ВАК, 9 - в материалах Международных и Всероссийских конференций.

Личный вклад автора. В совместных публикациях основные результаты, связанные с разработкой модели и алгоритмов взаимодействия ресурсов сопредельных государств при ликвидации ЧС трансграничного характера, получены автором самостоятельно, в работах автор принимал участие в построении алгоритмов и их программировании.

Внедрение результатов работы. Разработанные методы, модели, алгоритмы и информационное обеспечение реализованы при создании автоматизированной системы поддержки принятия управленческих решений при ЧС трансграничного характера.

Результаты диссертационной работы использованы:

- в практической деятельности Управления Единой дежурно-диспетчерской службы Департамента по чрезвычайным ситуациям Западно-Казахстанской области в комплексе технических решений по совершенствованию АИУС ЕДДС;

- в практической деятельности ГУ «Служба пожаротушения и аварийно-спасательных работ» Департамента по чрезвычайным ситуациям Западно-Казахстанской области в комплексе технических решений по совершенствованию автоматизированной системы Центрального пульта пожарной связи Центра оперативного управления силами и средствами;

- на кафедре информационных технологий Академии ГПС МЧС России в учебном процессе при проведении занятий по дисциплинам «Информационные технологии в управлении», «Информационно-аналитические технологии государственного и муниципального управления», «Информационные технологии в сфере безопасности»;

- при проведении НИР в Академии ГПС МЧС России «Разработка АРМ дежурного по пожарной безопасности центров управления в кризисных ситуациях» Раздел 3.2.2, п. 103 плана научно-технической деятельности Академии ГПС МЧС России 2011 г.;

- при проведении НИР в Академии ГПС МЧС России «Регрессионные математические модели для оценки эффективности деятельности специалистов ГПС и других ведомств при ликвидации лесоторфяных пожаров» Раздел 3.1.2,

п. 101 плана научно-технической деятельности Академии ГПС МЧС России на 2011 г.;

Практическое применение результатов исследования подтверждается актами внедрения.

На защиту выносятся:

- организационно-управленческая модель информационной системы поддержки принятия управленческих решений при реагировании подразделений МЧС России и Комитета по ЧС МВД Казахстана на ЧС и пожары трансграничного характера;

- модель и алгоритм оценки эффективности взаимодействия подразделений МЧС России и Комитета по ЧС МВД Казахстана при реагировании на ЧС и пожары трансграничного характера.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, приложений. Общий объем диссертации 154 страниц. Работа иллюстрирована 33 рисунками и 15 таблицами. Библиографический список включает 120 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассматривается современное состояние принятой к рассмотрению проблемы и актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследования. Приводится краткое изложение содержания и основных результатов диссертационной работы, а также сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Анализ системы управления при ликвидации чрезвычайных ситуаций трансграничного уровня» обобщены аналитические материалы по ликвидации масштабных ЧС и пожаров трансграничного характера, управленческие документы МЧС России и КЧС МВД Казахстана, а также многочисленные научные источники. Сделан вывод, что одним из направлений совершенствования оперативного управления спасательными подразделениями является совершенствование системы обработки информации и информационно-аналитической работы как необходимых предпосылок выработки и принятия научно обоснованных эффективных управленческих решений в связи с тем, что руководители испытывают серьезные затруднения в принятии управленческих решений, сталкиваясь с необходимостью решения многокритериальных задач.

Потребность в надежных и точных методах оперативного управления спасательными подразделениями особенно проявляется при возникновении крупных пожаров, производственных аварий и т.д. Круг неотложных задач в такой обстановке существенно возрастает, условия их решения непрерывно усложняются. Эффективное управление боевыми действиями позволяет сократить время его локализации, уменьшить размер ущерба.

Проведен анализ задач оперативного управления спасательными подразделениями, решаемых с помощью информационных систем поддержки принятия решений, выявлено, что некоторые задачи в области оперативного управления остаются нерешенными.

Предложено разработать систему поддержки принятия решений при управлении и координации привлекаемых сил и средств сопредельных государств, основанную на использовании знаний руководителей, имеющих опыт локализации и ликвидации крупных ЧС и пожаров. Использование разработанной системы позволит сократить время на принятие управленческих решений.

Во второй главе «Информационно-аналитическая поддержка при реагировании на ЧС и пожары трансграничного характера» рассмотрены технологии и методы моделирования при выборе общей концепции создания системы информационной поддержки, решающая проблемы информационного обеспечения органов управления при ликвидации ЧС и пожаров трансграничного характера. Проведен анализ двух вариантов:

— создание полной или глобальной системы, имеющей информационную базу и охватывающую все направления работы должностных лиц органов управления;

- построение системы поддержки принятия решений (СГГПР) как совокупности логически взаимосвязанных функциональных информационных подсистем, основывающихся на общей концепции совершенствования информационного обеспечения должностных лиц органов управления.

Дальнейший выбор второго варианта концепции обусловлен в работе рядом объективных факторов, результирующий: создание СППР при ликвидации ЧС и пожаров трансграничного уровня представляется практически невозможным с точки зрения организации информационной базы и разработки соответствующего программного обеспечения (первый вариант), поскольку требуется намного больше времени и материальных затрат, чем при разработке локальных функциональных информационных подсистем (рис. 2).

В результате, разработанная система обеспечивает обработку и сопровождение следующих видов информационных потоков (ИП):

- ИП оповещений о возникшей или ожидаемой ЧС. Информация о ЧС поступает в виде донесений через штабы гражданской обороны;

— ИП плановых мероприятий по предупреждению, локализации и ликвидации последствий ЧС и пожаров;

— ИП условно-постоянных данных. Информация о текущем состоянии хозяйственного комплекса поступает от отраслевых и территориальных органов управления; нормативно-справочная информация поступает от штабов гражданской обороны, министерств, ведомств;

- ИП данных о ходе развития ЧС и пожаров и ликвидации их последствий, действий сил и использовании средств. Информация о действии сил и использовании средств по ликвидации ЧС и пожаров поступает от дежурных служб территориальных комиссий по ЧС, дежурно-диспетчерских служб министерств, ведомств, объектов хозяйственного комплекса, штабов гражданской обороны областного уровня; мобильных пунктов информации и связи. Информация о восстановительных работах поступает от территориальных органов управления и штаба по ликвидации последствий ЧС и пожаров;

- ИП управляющих данных, обеспечивающих функционирование СУБД в различных режимах;

— ИП технологических данных о функционировании вычислительных, программных и информационных средств АИУС ЧС, организации связи, передачи данных и телекоммуникаций.

Рис. 2. Проект типового рубрикатора БД структурного подразделения КЧС МВД Казахстана (верхний информационный уровень)

Знания и данные структурируются и формализовано описываются в виде системы баз данных и знаний, в составе которой можно выделить следующие основные проблемно ориентированные базы данных и знаний:

- база ретроспективных данных об имевших место ЧС и пожарах;

- база данных о состоянии потенциально опасных территорий и объектов хозяйственного комплекса до возникновения и после воздействия ЧС и пожаров;

— базы данных экологической и природно-климатической обстановки до возникновения и после воздействия ЧС и пожаров;

— базы данных о состоянии сил и средств по предупреждению и ликвидации последствий ЧС и пожаров;

— базы данных о состоянии систем жизнеобеспечения населения (оповещение и связь, топливно-энергетический комплекс, товары народного потребления, дороги и транспорт, медицина, агропромышленный комплекс, информирование населения, жилищно-коммунальное хозяйство, охрана правопорядка, материально-технические ресурсы, финансовые ресурсы, ветеринария);

- базы знаний плановых ситуаций и типовых мероприятий по предупре-

ждению, локализации и ликвидации последствий ЧС и пожаров;

— базы знаний обеспечения и интеллектуальной поддержки принимаемых решений по проблемам ЧС и пожаров;

- базы метаданных для администрирования и управления информационными ресурсами.

Информационно-вычислительные сети информационно-управляющей системы ЧС, создаваемые на территории республики, обеспечивают обмен информацией не только между звеньями ГСЧС, но и с базами данных по ЧС и пожарам других государств и различных международных организаций. С этой целью предполагается сопряжение с аналогичными информационными системами сопредельных государств и компетентных международных организаций.

Разработана инструкция формирования баз данных по учёту ЧС и пожаров для организационно-аналитического отдела, регистрирует адрес и вид объекта, его описание, дату, время, площадь и причину возникновения ЧС и пожаров, время прибытия к месту ЧС и время ликвидации, число пострадавших, материальный ущерб, количество личного состава, принимавшего участие в ликвидации, количество привлекаемой техники.

Система хранения данных обуславливает дальнейшую переработку с использованием ресурсов процессов управления оперативных штабов, лица, принимающего решение. Необходимо рассмотреть управляющие сигналы и связать с системой хранения.

В третьей главе «Модели и алгоритмы управления подразделениями МЧС России и КЧС МВД Казахстана при реагировании на трансграничные ЧС и пожары» рассмотрен вопрос оценки взаимодействия подразделений МЧС при ликвидации ЧС и пожаров трансграничного характера. При этом понятие «оценка взаимодействия» подразумевает под собой сравнение нескольких качественных или количественных величин, характеризующих действия или события как между собой, так и с нормативными показателями, с эталоном или критерием.

Для реализации метода к проведению оценки эффективности управления силами и средствами разработан механизм и соответствующий ему алгоритм (рис. 3). Выделяются три основных блока:

1) подбор экспертов и формирование экспертных групп;

2) подготовка проведения оценки;

3) собственно, проведение самой оценки.

На первом этапе, исходя из целей экспертного опроса, решаются вопросы относительно структуры экспертной группы, количества экспертов и их индивидуальных качеств, то есть определяются требования к специализации и квалификации экспертов, необходимое число экспертов каждой специализации и общее их количество в группе.

На втором этапе производится подготовка проведения, выбор методов проведения и разработка критериев экспертной оценки. При этом необходимо отметить, что проведение мероприятий, указанных в двух первых блоках, является сложной задачей, которая решается в процессе организации и проведения

экспертизы.

Рис. 3. Алгоритм проведения оценки эффективности управления

Третьим этапом является проведение оценки. В данном блоке работа ведется по двум направлениям: оценка фактической деятельности сотрудника органов управления силами и средствами на пожаре и определение максимально возможных показателей управленческой деятельности с учетом всех особенностей и факторов, оказывающих влияние на процесс управления. При этом разрабатывается идеальная или эталонная модель функционирования органов управления на пожаре. Далее определяются максимальные и фактические оценки по разработанным показателям (критериям), производится определение фактических и высших цензов по каждому показателю, рассчитываются суммарные фактический и высший цензы (определяются значения интегральных критериев), по которым и производится сравнение реальных и идеальных параметров функционирования сотрудника органов управления силами и средствами на пожаре, то есть производится сама оценка. Результатом данной оценки является относительная величина показателей по разработанным критериям оценки реальной системы управления силами и средствами, приведенная к наивысшей величине показателей эталонной (идеальной) системы управления с учетом совокупности существующих условий, ограничений и воздействующих факторов. Необходимые исходные данные по эффективности деятельности спе-

циалиста определяются на основании специальных испытаний. Оценка эффективности деятельности получается в таком случае наиболее точной.

Однако по ряду причин подобные испытания не проводятся. Одной из причин, влияющей на возможность проведения испытаний может быть необходимость оценки эффективности на ранних стадиях планирования процесса управления оперативными подразделениями МЧС. Проведение такого рода испытаний связано с преодолением целого ряда технических трудностей и в финансовом выражении стоит достаточно дорого. Поэтому экспертную оценку приходится проводить вручную на основании статистических данных, полученных из различных источников.

Провести оценку эффективности взаимодействия при ликвидации трансграничной ЧС этих подразделений возможно на основе метода совместного реагирования. Первоначально строятся функции оценки эффективности реагирования каждой из сторон (р{х1,х2, ■■■,хп) и в(х{,х2 ...х^), где хх, х2,...,хп — численные значения показателей эффективности деятельности формирования одного государства, а х-^х^ ...х^ - численные значения показателей эффективности деятельности формирований другого государства. Совместные действия оцениваются в Римановом пространстве по исследованию функции, которая представляет собой свёртку функций (р(хх, х2,..., хп) и в(х{, х2 ... х^):

Т(хх,х2 ...Хп) = у (х1;х2 ...Хп) * в(,хх,х2 ...Хп) =

= | ф(т) • 60 - т)с!т = ф(с - т) • 6(т)сгт

-"О ■'о

' 1 '2 '3 '

Рис. 4. Характерный вид зависимостей свёртки функций оценки эффективности

В том случае, если итоговая зависимость имеет линейный характер, то эффективность интеграции удовлетворительна (зависимость 2 рис. 4).

Таким образом, данный метод позволяет оценить эффективность функционирования подразделений сопредельных государств при реагировании на чрезвычайные ситуации трансграничного характера.

В том случае, когда вид зависимости отличен от линейной (зависимости 1

и 3 рис. 4), то можно сделать вывод о том, что системы не могут осуществить эффективное функционирование в необходимом режиме.

В процессе планирования процесса управления оперативными подразделениями АСФ различных государств при ликвидации ЧС трансграничного характера происходит постепенное накопление сведений о характере деятельности личного состава. Этот процесс считается завершенным, когда построена математическая модель с количественными характеристиками оперативной деятельности различных подразделений.

Предположим, что существует зависимость эффективности деятельности, которая зависит от критериев хп подразделений первого государства (например, МЧС России) (кривая 1, рис. 5) и аналогичную зависимость для подразделений сопредельного государства (например, КЧС МВД Казахстана) (кривая 2, рис. 5).

Рис. 5. Зависимость эффективности деятельности подразделений сопредельных государств

Эффективность деятельности одного подразделения может быть выше эффективности деятельности другого (р(х1,х2,... ,хп) ^ 0(х1,х2,... Для того, чтобы взаимодействие осуществлялось в необходимом режиме, необходимо уравнять критерии эффективности. Производится сшивку функций, а также сшивка производных первого порядка для этих же функций. Получаем систему уравнений вида:

2

в(_Х\, Х2, ..., хп)

г дер _ дв дхг дхг д<р дв

<р' (х1,х2,...,хп) = е'(х1,х2,...,хп) => дх1 дх1

д<р _ дв дхп дхг

Решением системы уравнения станут значения векторов фазового пространства Хп (кривая 3, рис. 5).

Предположим, что эффективность деятельности подразделений одного государства выше аналогичного показателя подразделений сопредельного ц>(х1,х2, •■•,лгп) > в(х1,х2, ■■■,хп). Показатели х1,х2,— ,хп эффективности деятельности ср понижать до показателей х{,х2,...,х*п нет необходимости, так как это нерационально, а показатели критериев хг,х2,...,хп эффективности деятельности в следует подтянуть до значений х{,х2,

Векторы фазового пространства х£ являются минимально допустимыми значениями уровня эффективности деятельности подразделений, при которых возможно осуществление успешного взаимодействия.

Далее необходимо эффективность управления в подтянуть до значений х{,х2,... ,Хп- Задача решается методом приложения допустимых управлений с использованием допустимого фазового пространства. Пространство состояний объекта управления или фазовое пространство управления ()(уЛп) в общем случае является многомерным математическим пространством. На рис. 6 приведён график фазового пространства для трёх переменных состояний у;.

Объект управления описывается в пространстве состояний уравнением вида (¿(С) = Ф[У(С), и(£),Х(£), С], вектор состояния объекта управления в первоначальный момент времени t = равен У(^).

Приложим к объекту управленческие воздействия (/(£) и Х(р) и решим уравнение при начальных условиях Полученному решению

£/(£:),-XXу(£)), С > £0, которое зависит от всех воздействий и начальных условий, при каждом ti в пространстве состояний будет соответствовать определенная точка. Кривую, соединяющую эти точки, называют траекторией движения объекта. Условно можно принять, что изображающая точка во времени движется в пространстве состояний, а оставляемый ею след и пред-

ставляет собой траекторию движения объекта. Из-за особенностей объекта на его вход не могут подаваться произвольные управления. Реальные управления подчинены ограничениям, совокупность которых формирует область возможных допустимых значений £/(£:) 6 Аналогично компоненты вектора состояния в общем случае также должны удовлетворять определенным ограничениям, то есть вектор в пространстве состояний не должен выходить за пределы области называемой областью допустимых состояний.

Пусть в области можно выделить некоторую подобласть состояний 0,с, которые являются желательными. Цель управления заключается в том, чтобы перевести объект из начального состояния У(*:0) в конечное состояние У(^), принадлежащее подобласти ф, то есть К(^) £ Для достижения цели управления на вход объекта необходимо подать соответствующее управление. Задача управления заключается в том, чтобы в области допустимых управлений подобрать такое значение, при котором достигнута цель. Иными словами требуется отыскать такое допустимое управление £ (¿(У), определенное на временном отрезке [^¿к]* при котором уравнение объекта при заданном начальном состоянии и известном векторе Х(Ь) имеет решение удовлетворяющее ограничению £ ) при всех Ь £ и ко-

нечному условию £ (?с.

Выявленная закономерность обуславливает следующий этап - организационно-управленческое моделирование действиями подразделений сопредельных государств при реагировании на ЧС трансграничного характера.

Взаимодействие заключается в согласовании мероприятий и действий заинтересованных сторон в целях повышения эффективности применения сил и средств при совместном выполнении задач. Организация взаимодействия является неотъемлемой частью управления силами и средствами и представляет собой целенаправленную деятельность органов управления по согласованию усилий и совместных действий. Взаимодействие считается организованным, когда органы управления взаимодействующих сил:

— знают общую задачу и замысел действий;

— знают содержание своих задач и задач друг друга, способы и сроки совместных действий по их выполнению;

— имеют устойчивую связь между собой и могут осуществить своевременный взаимный обмен информацией.

Основными принципами взаимодействия являются: скоординированность, паритетность, непрерывность, нормированность, маневренность, специализн-рованность. Взаимодействие осуществляется в основном в процессе выполнения задач и предполагает:

— знание и уяснение задач, возложенных законодательством на взаимодействующие силы, и согласование различных вариантов действий;

— своевременное согласование вопросов совместных действий и их систематическое уточнение с учетом изменений обстановки;

— организацию и поддержание непрерывной связи и постоянного взаимного обмена информацией об обстановке, создание единой системы взаимного оповещения;

— четко налаженные и постоянно поддерживаемые контакты между соответствующими должностными лицами;

— единые подходы к организации совместных действий и разработке соответствующих документов;

— обеспечение информационно-технической совместимости соответствующих систем управления.

В ходе непосредственной подготовки реагирования на ЧС и пожары, проводимой с момента получения конкретной задачи, органами управления осуществляются:

— уяснение (уточнение) характера задачи, способов, последовательности и сроков ее выполнения;

— уточнение состава привлекаемых сил и средств, установленного порядка и сроков прибытия их в район трансграничной ЧС и пожара;

— создание единой системы управления (формирование совместных органов управления, системы пунктов управления, связи и АСУ);

— разработка плановой таблицы взаимодействия.

Создание единой системы управления при совместном выполнении задач предполагает взаимное вхождение в системы связи и автоматизированного управления взаимодействующих сил, а также включение в их органы управления представителей (элементов органов управления).

Содержание взаимодействия при реагировании на ЧС и пожары трансграничного характера заключается в согласовании:

— порядка оповещения, использования каналов и средств связи, взаимного информирования об обстановке;

— расчетов сил и средств, привлекаемых к выполнению поставленных задач;

— маршрутов, порядка и сроков выдвижения: порядка выделения транспортных средств, подвижного состава, самолетов для перевозки личного состава и техники в районы выполнения задач, исходных районов, основных и запасных пунктов погрузки (выгрузки) личного состава;

— мероприятий, обеспечивающих своевременное прибытие сил и средств в районы ЧС и пожаров;

— районов сосредоточения (размещения) формирований МЧС, мест развертывания пунктов управления;

— совместных действий и порядка оказания взаимной помощи при выполнении задач;

— мер безопасности личного состава при выполнении задач.

Для согласования необходимо подробное описание и моделирование процессов, происходящих при реагировании на ЧС и пожары трансграничного характера.

Далее решается задача, описывающая процесс движения и прибытия автомобильной техники спасательных формирований к месту ЧС. Предположим, что

зона ЧС охватывает пограничную зону двух разных территорий, находящихся под охраной разных подразделений. Это может быть как условная граница двух областей, регионов, так и граница разных государств. При этом возникает ситуация, когда на ЧС реагируют несколько подразделений и одним из критериев эффективности реагирования является время t* прибытия сил и средств к месту ЧС. На графике (рис. 7) изображена зависимость скорости движения колонн автомобильной техники подразделений МЧС во времени v = fit).

S*

t* =-—,te[t,;t2].

v* + Av L 1 2J

С г г, время движения

1 — кривая зависимости скорости движения колонны 1

2 - кривая зависимости скорости движения колонны 2

- границы, е которых может изменять величина V колонны 1 | - границы, в которых может изменяться величина V колоны 2.

Рис. 7. Зависимость скорости движения колонн автомобильной техники подразделений МЧС во времени

Тогда скорость движения описывается следующей зависимостью:

V* = у0ехр{—аБ],

V*

а = — 1п— Б,

V

где а — коэффициент.

Показатели, влияющие на коэффициент а:

- состояние дорог;

- технические характеристики автотранспорта и техники;

— климатические условия;

— человеческий фактор (мастерство и психофизическое состояние).

В четвертой главе «Формирование единой модели взаимодействия сил и средств сопредельных государств при ликвидации ЧС и пожаров трансграничного характера» для решения поставленной проблемы и согласования перечисленных факторов проведено моделирование объектов и процессов, участвующих при реагировании на чрезвычайные ситуации трансграничного характера. В главе приводится алгоритм моделирования взаимодействия ведомств сопредельных государств (МЧС России и КЧС МВД Казахстана). Процесс исследования разбит на несколько последовательных этапов: моделирование в обобщенном укрупненном виде возможных отношений, решение типовых задач координации, моделирование принципов взаимодействия сил и средств, формирование алгоритмов последовательности действий при решении проблем различных ситуаций в процессе ликвидации ЧС и пожаров трансграничного характера.

На первом этапе сформирована модель возможного взаимодействия ведомств сопредельных государств, координации привлекаемых сил и средств (рис. 8).

Рис. 8. Структура варианта взаимодействия сил и средств, при ликвидации ЧС и пожаров трансграничного характера

Основная проблемная область заключается в отсутствии возможности использования прямых организационных связей. Как правило, процесс согласования взаимодействия ресурсов сторон (человеческий фактор, оборудование, инструмент и т.п.) занимает продолжительное время, что в оперативной обстановке является негативным фактором. Следовательно, информационная поддержка в упрощенной форме (содержащая минимальный набор полезной информации) может существенно упростить процесс управления, сократить временные потери.

Представленная на рис. 8 структура отображает необходимые элементы согласно предположениям о вероятных действиях:

- главным управляющим лицом является ЛПР, владеющее полной информацией о текущей обстановке обеих сторон;

- координация осуществляется только при полном согласовании взаимных действий управляющих звеньев ведомств сопредельных Министерств;

- привлекаются силы и средства сторон. Для описываемого примера ResK - ресурсы МЧС Казахстана и ResR - ресурсы МЧС России.

- силы и средства, в зависимости от сложившейся обстановки, могут использоваться из разных источников, т.е. территориально распределены;

- в сложившейся обстановке привлекается только необходимое (требуемое) количество ресурсов, согласно указаниям ЛПР;

- при возможном развитие аварии или переходе в новую стадию возможна перегруппировка используемых ресурсов и пр.

На втором этапе рассмотрены типовые задачи координации привлекаемых ресурсов в оперативной обстановке (рис. 9). В качестве формальной модели используются работы сотрудников УНК АСИТ Академии ГПС МЧС России. Для описания возможных процессов, а также определения модели дальнейшего перехода к информационной системе используется теория множеств и представление системы бинарным кортежем.

'//////у ^СЦ^/

Рис. 9. Моделирование в условиях задачи возможного варианта перегруппировки сил и средств

Далее приведен механизм решения задачи на основе формальной модели «множества от целого». Типовое условие задачи (масштабный пожар трансграничного характера): анализ зоны поражения при распространении открытого пламени выявил охват трансграничной территории между Казахстаном (Каз) и Россией {Рос). Снимки со спутника определили очаг возгорания. Решением комиссии для ликвидации ЧС выделено (/ — 1) ресурса Каз и (/с — 1) Рос (ресурсы у и к — представляют текущий резерв). В ходе локализации возник еще источник возгорания. Принято решение перегруппировать используемые силы и средства, добавить дополнительные при необходимости. В результате должно быть привлечено не более N ресурсов Каз и М ресурсов Рос. Определить функцию распределения для координации сил и средств (ресурсов).

Решение задачи:

Для ликвидации первого источника привлечено (у — 1) (Каз) ресурсов и (к — 1) ресурсов (Рос):

(;'-1)елг

I

ResKi

(fc-i )ем

1

l=i

ResR,

<(;+fe)

T[s],

где (J + к) - общее количество выделенных ресурсов, «7*[s]» - количество оперативных бригад (team stage). При возникновении второго очага выделено дополнительно ~Zf=j ResKi и ResRt ресурсов с каждой стороны, привлечено из действующих бригад ликвидации первого очага resKs (Каз) и resRs (Рос) ресурса:

N

ResKi + resKs

+

м

ResRi + resRs

ll=k

T[sl

в результате имеем дополнительные бригады (выделены на рис. 9 контуром) для тушения второго очага возгорания.

Привлекаемые дополнительные ресурсы представлены в виде:

resKs + resRs —* 7Tsl. s s j+k L 1

Тогда общий вид функции описания действующих бригад локализации источников при ЧС и пожарах представлен в виде: "0'-i)ew г(к-1)ем

^ ResKi + ^ ResRi

i=i

г es К, + resRr —» ГЫ s 5 j+k _ ' N

=> ^ ResKi + res К, i=j

<U+k)

T[s],

+

г м

> ResR, + resRs

il=k

N+M

7Ш

Результат (при составлении отчета): для формирования действующих от-

рядов задействовано (М + М) ресурсов с учетом перегруппировки.

На третьем этапе разработана модель, описывающая принципы взаимодействия сил и средств при ликвидации ЧС и пожаров трансграничного характера (рис. 10). Особенностью модели является ее адаптивность под текущую (оперативную) обстановку в режиме реального времени и под нормативную базу взаимодействующих государств, во избежание дублирования процессов.

ош

АДАПТИВНОСТЬ

_I "" I_

взаимодействие

эффективность состояние мероприятий состояние

алгоритм оценки эффек-^ тивности

управление < асф

взаимодействие

V \

расположение

ОШ /V

V

управление д^ф

техника

^ Ч

доставка расположение

Рис. 10. Модель адаптивной системы информационной поддержки управления ликвидацией чрезвычайных ситуаций трансграничного характера

Ниже приведена расшифровка значений, приведенных на рисунке.

Таблица 1.

Описание процессов модели взаимодействия ведомств

Процессы, происходящие при формировании модели единой информационно-аналитической среды № па схеме

Организация оперативного штаба ликвидации чрезвычайной ситуации 1

Управление назначением сотрудников в состав штаба ликвидации ЧС трансграничного характера на основе метода попарного сравнения 2

Оценка эффективности управления взаимодействием сил и средств при ликвидации ЧС трансграничного характера методом экспертных оценок 3

Оценка эффективности взаимодействия при реагировании па ЧС трансграничного уровня в фазовом пространстве 4

Модель адаптивного управления подразделениями при реагировании на ЧС трансграничного уровня 5

Организационно-управленческое моделирование действиями подразделений МЧС сопредельных государств при реагировании на ЧС трансграничного характера 6

Результаты, полученные в диссертации, апробированы на практике. Акты о внедрении приведены в приложении к диссертации.

В заключительной части диссертации рассмотрены возможные направления дальнейших работ по исследуемой проблематике.

В приложениях приведены схемы и структуры разработанной системы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В диссертационной работе разработана и формализована модель системы поддержки принятия решений, позволяющая координировать действия привлекаемых для ликвидации ЧС трансграничного характера сил и средств ведомств сопредельных государств. Основными регулируемыми параметрами в модели являются количественные характеристики множеств разнородных ресурсов — используемые средства, привлекаемые силы. Технология позволила объединить разнородные ресурсы, заложить основы для создания интегрированных информационных систем поддержки принятия решений по управлению аварийно-спасательными работами в случае ЧС и пожаров трансграничного характера.

В ходе работы получены следующие результаты:

1. Разработана и исследована модель, способная объединять несколько классов разнородной информации об используемых ресурсах в единой системе управления для проведения более точной координации сил и средств при ликвидации ЧС и пожаров трансграничного характера. Модель позволяет лицу, принимающему решение, получить всестороннюю информацию о текущей обстановке, принять оперативное решение о координации сил и средств.

2. Предложен и обоснован механизм получения качественных характеристик привлекаемых ресурсов, использование многокритериального анализа фазового пространства для определения необходимого количества используемых ресурсов на разных стадиях проведения операции ликвидации ЧС.

3. Предложен прототип информационно-управляющей системы, позволяющий использовать для принятия решения оценочный подход координации ресурсов для определения оперативных задач.

4. Разработан механизм адаптивности информационно-управляющей системы поддержки принятия решений, при координации ресурсов для ликвидации ЧС трансграничного характера. Технология способствует сокращению несущественной в данный момент выводимой информации, улучшению механизма сопоставления привлекаемых ресурсов сопредельных государств.

Результаты диссертационной работы реализованы и внедрены в виде компонентов программных систем, специализированных для решения задач автоматизации рабочих мест Управления Единой дежурно-диспетчерской службы Департамента по чрезвычайным ситуациям Западно-Казахстанской области и пр.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

В научных изданиях, рекомендованных ВАК России

1. Бсрдашев Б.Ж. О проблемах межведомственного управления подразделениями при ликвидации чрезвычайных ситуаций / Бедило М.В., Бутузов С.Ю., Своеступов М.В. // Технологии техносфсрной безопасности: интернет-журнал. - 2013. - Выпуск № 3 (49) -7с.-Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ttb.

2. Бердашев Б.Ж. Модель адаптивного управления подразделениями в чрезвычайных ситуациях / Бедило М.В., Бутузов С.Ю., Своеступов М.В. // Технологии техносферной безопасности: интернет-журнал. - 2013. - Выпуск № 4 (50) - 7 с. - Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ttb.

3. Бсрдашев Б.Ж. Моделирование координацией сил и средств сопредельных государств при ликвидации чрезвычайных ситуаций трансграничного характера // Технологии техпосферной безопасности: интернет-журнал. - 2014. - Выпуск № 2 (54). - 5 с. - Режим доступа: http://ipb.mos.ru/ttb.

В других научных изданиях

1. Бсрдашев Б.Ж. Моделирование отношений ведомств при ликвидации чрезвычайных ситуаций трансграничного характера / Бердашев Б.Ж., Рыженко A.A. // Актуальные проблемы пожарной безопасности, предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций. Материалы V Международной научно-практической конференции. - Кокшетау: КТИ КЧС МВД PK, 2014 г.-С. 63-68.

2. Бердашев Б.Ж. Математическая модель оценки эффективности взаимодействия подразделений МЧС России и Республики Казахстан при реагировании на трансграничные чрезвычайные ситуации // Исторический опыт, современные проблемы и перспективы образовательной и научной деятельности в области обеспечения пожарной безопасности. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2013. - С. 55-70.

3. Бердашев Б.Ж. Модель управления подразделениями МЧС России и Республики Казахстан при реагировании на чрезвычайные ситуации трансграничного характера / Бердашев Б.Ж., Бутузов С.Ю. // Современные технологии обеспечения гражданской обороны и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций: сб. ст. по материалам всерос. науч.-практ. конф. с междунар. уч. - Воронеж: ФГБОУ ВПО Воронежский институт ГПС МЧС России, 2013.-С. 149-151.

4. Бердашев Б.Ж. Эффективность функционирования подразделений МЧС России и Республики Казахстан при реагировании на чрезвычайные ситуации трансграничного характера / Бердашев Б.Ж., Бутузов С.Ю. // Проблемы техпосферной безопасности-2013. Материалы 2-й международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов.

- М.: Академия ГПС МЧС России, 2013. - С. 271-274.

5. Бердашев Б.Ж. Корпоративная информационно-коммуникационная система предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций МЧС Республики Казахстан // Системы безопасности - 2011. Материалы двадцатой научно-технической конференции. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2011. - С. 94-96.

6. Бердашев Б.Ж. Организация межведомственного взаимодействия при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций природного характера. / Бердашев Б.Ж., Бутузов С.Ю., Своеступов М.В. // Обеспечение безопасности жизнедеятельности: проблемы и перспективы. Сборник материалов V Международной научно-практической конференции курсантов, студентов и слушателей. - Ч. 2. - Минск: КИИ, 2011. - С. 12-14.

7. Бердашев Б.Ж. Автоматизированная система поддержки принятия решений при реагировании на трансграничные чрезвычайные ситуации / Бердашев Б.Ж., Бутузов С.Ю. // Технологии обеспечения комплексной безопасности, защиты населения и территорий от ЧС

- проблемы, перспективы, инновации. Сборник тезисов, докладов и материалов XVI Международной научно-практической конференции по проблемам защиты населения и территорий от ЧС. - М.: ФГУ ВНИИ ГОЧС, 2011. - С. 28.

8. Бердашев Б.Ж. Об оценке эффективности межведомственного взаимодействия при ликвидации чрезвычайных ситуаций / Бердашев Б.Ж.. Бутузов С.Ю., Своеступов М.В. // Системы безопасности -2010. Материалы девятнадцатой научно-технической конференции. -М.: Академия ГПС МЧС России, 2010. - С. 91-92.

9. Бердашев Б.Ж. Сопряжение структур базы данных МЧС России. Белоруссии и Казахстана для предупреждения и ликвидации последствий трансграничных чрезвычайных ситуаций / Бердашев Б.Ж., Бутузов С.Ю. // Предупреждение. Спасение. Помощь (современность и инновации). Материалы XX Международной научно-практической конференции. -Химки: АГЗ МЧС России, 2010.-С. 131-133.

Бердашев Бауржан Жаскайратович

МОДЕЛЬ АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ УПРАВЛЕНИЯ ЛИКВИДАЦИЕЙ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ ТРАНСГРАНИЧНОГО ХАРАКТЕРА

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 25.09.2014 г. Формат бумаги 60x90 1/16 Тираж 100 экз._Заказ № 627_

Академия ГПС МЧС России 129366, Москва, ул. Бориса Галушкина, 4