автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Управление безопасностью потенциально опасных объектов

На правах рукописи

ТРЕТЬЯКОВ Петр Андреевич

УДК 614(470.051)

УПРАВЛЕНИЕ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ПОТЕНЦИАЛЬНО ОПАСНЫХ ОБЪЕКТОВ

Специальность

05.13.01. Системный анализ, управление и обработка информации (в машиностроении и вычислительной технике)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук-

Ижевск 2006

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ижевский государственный технический университет» (ГОУ ВПО «ИжГТУ»)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Абрамов И. В.

Официальные оппоненты: член корреспондент РАН

доктор технических наук, профессор Кондратьев В. В.

доктор технических наук, профессор Алексеев В.А.

Ведущая организация: Институт проблем управления имени В.А. Трапезникова РАН

Защита состоится 21 марта 2006 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета К 212.065.01 в ГОУ ВПО «ИжГТУ» по адресу: 426069, г. Ижевск, ул. Студенческая, 7.

Отзыв на автореферат, заверенный гербовой печатью, прошу выслать по указанному адресу

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «ИжГТУ»

Автореферат разослан 15 февраля 2006 года

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Сяктерев В.Н.

оШРбА

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

3

Актуальность темы.

В современных условиях негативные факторы техногенного, природного и террористического характера представляют одну из наиболее реальных угроз для обеспечения стабильного социально-экономического развития страны, повышения качества жизни населения, укрепления национальной безопасности и международного престижа Российской Федерации.

Негативное воздействие этих факторов становится все более масштабным и оказывает ощутимое влияние на социально-экономическое развитие и обеспечение национальной безопасности страны.

Федеральными органами исполнительной власти, органами государственной власти субъектов Российской Федерации, органами местного самоуправления развернуты работы по предупреждению чрезвычайных ситуаций, обеспечению защищенности потенциально опасных объектов инфраструктуры и безопасности населения от угроз техногенного, природного характера и террористических проявлений.

Решать эти вопросы без развития электронных систем безопасности с использованием информационных технологий становится невозможным. Все большей популярностью у разработчиков пользуются системы безопасности с открытой архитектурой, которые позволяют не только использовать преимущества новейших сетевых технологий, но и надежно защищать передаваемые данные.

В распределенных системах управления безопасностью основное внимание уделяется решению глобальной задачи множеством взаимодействующих узлов. При этом обязательно имеется глобальная концептуальная модель процесса обеспечения безопасности объекта, глобальный критерий успеха, а распределяются ресурсы, знания, управление и ответственность. Основным направлением согласованного взаимодействия распределенных систем управления безопасностью с открытой архитектурой остается координация. Координирование означает воздействие на подсистемы нижнего уровня, которое заставляет их действовать согласованно.

В общем случае координация осуществляется для достижения общей цели функционирования и выполняется вышестоящей системой. Успех в решении этой задачи оценивается по отношению к общей, глобальной цели, поставленной перед системой. Так как распределенные системы действуют так, чтобы достичь своих собственных индивидуальных целей, то между ними возникает конфликт, на разрешение которого и направлена координация. Таким образом, координацию в распределенных системах безопасности с открытой архитектурой можно представить как частный случай правила согласования решений.

Современные системы безопасности - это сложные комплексы, состоящие из сотен и тысяч компонентов самых разных производителей, установленных на больших территориях. Интеграция всей имеющейся техники в единую систему до сих пор решалась лишь частично - в рамках отдельных специализированных подсистем: охранной, пожарной, системы контроля доступа или видеонаблюдения. При этом давно назрела пгпбчялимпгть не только организации эффективного взаимодействия компонентов, фАШяМЩщфДЩ^^рцих какой-

библпотека

либо из указанных специализированных подсистем, но и организовать гибкий и оперативный доступ самых разных служб к интересующей их информации непосредственно на рабочих местах.

Обеспечение безопасности населения на региональном уровне в течение последних десятилетий вошло в разряд наиболее приоритетных проблем, решаемых как административными органами, так и учеными многих развитых стран. На реализацию перспективных идей в этой области направлен комплекс правительственных и отраслевых программ США, учитывающих одновременно требования предупреждения техногенных аварий и катастроф, а также ограничения (или недопущения) экологической «составляющей», их возможных последствий. В Европе широкое распространение получили нормативные документы, регламентирующие контроль и управление текущей обстановкой в регионах со значительным сосредоточением опасных промышленных объектов.

Важнейшей задачей координации в распределенных системах безопасности является управление безопасностью. Начальным звеном управления в региональной системе являются объекты, среди которых выделяется класс потенциально опасных объектов, где экологическая составляющая безопасности является важнейшей.

Актуальность разработки принципов управления безопасностью потенциально опасных объектов вызвана появлением новых технологий, в том числе, утилизации вооружений.

Цель работы - обеспечение оперативности реагирования для предотвращения или ликвидации чрезвычайных ситуаций на потенциально опасных объектах на примере объекта уничтожения химического оружия на основе научно-обоснованных решений управления безопасностью потенциально опасных объектов.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

- анализ проблем обеспечения безопасности потенциально опасных объектов с выделением задачи исследования;

- моделирование безопасности потенциально опасных объектов с оценкой моделей аварийных ситуаций на химически опасных объектах;

- разработка и исследование структуры и функций системы комплексного экологического мониторинга на примере объекта уничтожения химического оружия;

- разработка алгоритмов принятия решений при аварии на объекте уничтожения химического оружия;

- анализ принципов построения и функционирования системы комплексной безопасности на объекте уничтожения химического оружия;

- разработка принципов организации единой диспетчерской службы для оперативного реагирования при чрезвычайной ситуации на потенциально опасных химических объектах;

- разработка и исследование алгоритмов управления комплексной безопасностью и разработка информационно-управляющей системы безопасностью объекта уничтожения химического оружия.

Объектом исследования являются модели систем безопасности потенциально опасных объектов, методы обеспечения экологической безопасности

потенциально опасных химических объектов на примере объекта уничтожения химического оружия.

Предметом исследования являются методы и алгоритмы принятия решений при управлении безопасностью потенциально опасных объектов, методы оперативного обеспечения органов, отвечающих за безопасность с использованием информационных технологий.

Методы исследования в работе применялись теоретические и экспериментальные методы исследований.

При определении ранжирования территорий по группам опасности использовались статистические и экспертные оценки. Для моделирования аварийных ситуаций на объектах уничтожения химического оружия применялись методы описания неоднородных явлений в атмосфере, методы оценки предельно-допустимых концентраций отравляющих веществ, разработка алгоритмов принятия решений и принципов специального программного обеспечения управления безопасностью с использованием ЕДЦС велась на основе структурного анализа системы комплексного экологического мониторинга потенциально опасных объектов.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов подтверждена внедрением информационно-управляющей системы комплексной безопасности на объекте уничтожения химического оружия.

Расчет и анализ ряда показателей безопасности потенциально опасных объектов основаны на принятых в МЧС России методиках, а также на положениях теории статистического анализа, теории вероятностей и фундаментальных основах построения вычислительных и информационных распределенных систем.

Достоверность экспериментальных результатов основана на большом объеме экспериментального материала Приволжского и Уральского федеральных округов в рамках задач МЧС России.

На защиту выносятся

1. Результаты системного анализа проблем безопасности потенциально опасных объектов в виде:

- анализа причин неэффективного управления безопасностью потенциально опасных объектов;

- результатов исследований источников опасности объектов (химически опасных, пожаровзрывоопасных объектов) по оценке рисков индивидуального и коллективного;

- моделей аварийных ситуаций на химически опасных объектах на основе статистического и вероятностного методов;

- анализа угроз и опасностей и мер повышения уровня безопасности, выбор показателей уровней воздействия на объекты управления.

2. Алгоритм оценки воздействия отравляющих веществ (ОВ) для управления безопасностью на объекте уничтожения химического оружия.

3. Принципы построения систем комплексной безопасности на основе распределенной системы оперативно-диспетчерского управления в чрезвычайных ситуациях.

4. Разработка структуры и элементов информационно-управляющей системы комплексной безопасности на объекте уничтожения химического оружия

в г. Камбарка Удмуртской Республики.

5. Разработка компьютерной системы поддержки и принятия решений на локализацию и ликвидацию чрезвычайных ситуаций.

Научная новизна работы заключается в разработке научно-обоснованных решений управления безопасностью потенциально опасных объектов, обеспечивающих оперативность реагирования для предотвращения или ликвидации чрезвычайных ситуаций на объектах, а именно:

- предложены модели систем безопасности потенциально опасных объектов на примере объекта уничтожения химического оружия;

- уточнены модели аварийных ситуаций на химически опасных объектах на основе ГИС технологий;

- предложена структура системы комплексного экологического мониторинга на объекте уничтожения химического оружия с введением элементов принятия управляющих решений безопасностью при чрезвычайных ситуациях;

- разработаны алгоритмы и программный комплекс управления безопасностью на основе моделей аварийных ситуаций на потенциально опасных объектах;

- предложена методика использования единой диспетчерской службы как элемента интеграции функций системы комплексной безопасности.

Практическая полезность исследования Предложены рекомендации для защиты персонала и населения в санитарно-защитной зоне и зоне защитных мероприятий объекта уничтожения химического оружия в г. Камбарка Удмуртской Республики.

Создана и внедрена информационно-управляющая система комплексной безопасности объекта уничтожения химического оружия.

Работа выполнялась в соответствии с Федеральной целевой программой «Снижение рисков и смягчения последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2005 года», утвержденной постановлением Правительства РФ от 29 сентября 1999 года № 1098 и планами НИОКР МЧС России «Разработка комплекса мер по обеспечению безопасности населения России, проживающего вблизи химически опасных объектов» (п. 50 федеральной программы) и тематического плана НИОКР МЧС России п. 4.15 «Автоматизированные системы объединенной системы оперативно-диспетчерского управления субъекта Российской Федерации».

Реализация работы в производственных условиях

Результаты диссертационной работы реализованы в системах управления безопасности объекта уничтожения химического оружия в г. Камбарка.

На основе полученных результатов разработаны подсистема экологического мониторинга, подсистема принятия решения, подсистема оповещения населения, подсистема навигационного обеспечения, подсистема оперативного реагирования.

Апробация работы

Отдельные этапы работы обсуждались и были представлены на научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций» (г. Екатеринбург, 2001 г.), Всероссийской конференции «Проблемы уничтожения химического оружия» (г. Камбарка Удмуртской Республики, 2002 г.), на Всероссийской конференции «Проблемы предупреждения чрезвычайных си-

туаций» г. Тамбов 2003 г., на совместном заседании Совета безопасности Российской Федерации и Президиума Государственного Совета Российской Федерации г. Екатеринбург 2004 г., Международной научно-практической конференции «Проблемы создания и повышения эффективности единых дежурно-диспетчерских служб на базе единого телефонного номера 01» (г. Москва, 2005г.).

Публикации

Основные научные результаты по теме диссертации опубликованы в 14 научных работах, в том числе: 6 статей в журналах и сборниках, 8 тезисов докладов на научно-технических конференциях.

Структура и объем работы Диссертация содержит введение, 4 главы и заключение, список использованных литературных источников, содержащих 130 наименований и три приложения.

Диссертация содержит 19 рисунков и 10 таблиц. Обший объем работы 181 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

Во введении обоснованы актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, методы, определены новизна и практическая значимость работы.

В первой главе рассмотрен анализ проблем обеспечения безопасности потенциально опасных объектов, расположенных в Приволжском и Уральском федеральных округах. Основываясь на характеристиках объектов по количеству опасных веществ, характеру возможных чрезвычайных ситуаций выделено 6 групп объектов. На основании статистического исследования проведено ранжирование территорий региона по опасностям и угрозам.

Рассмотрены работы Акимова В.А., Воробьева Ю.Л., Габричидзе Т.Г., Качанова С.А., Котляревского В.А., Хенли Э. и других. Отмечены и показана возможность применения статистического, вероятностного и экспертного методов исследования чрезвычайных ситуаций. При оценке техногенного риска для условий субъектов Приволжско-Уральского региона был выбран статистический метод на основе государственных докладов о защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

Сформулированы основные задачи исследований в области управления безопасностью потенциально опасными объектами.

Во второй главе анализ показателей ранжирования показал, что на территориях с большим количеством источников опасности недостаточно уделяется внимание проблеме управления безопасностью объектов и не обеспечивается решение задач регионального и территориального уровня по снижению рисков и смягчению последствий чрезвычайных ситуаций. В результате проведенного анализа можно сделать вывод о необходимости создания системы управления безопасностью.

Во второй главе исследуются модели систем безопасности потенциально опасных объектов на примере объекта уничтожения химического оружия в г.Камбарке Удмуртской Республики. Степень угрозы и воздействие объекта рассмотрена как модель геометрического и временного факторов угрозы.

Геометрический фактор связан с локальным характером проявления многих источников опасностей, их неопределенным местоположением в случае реализации, ослаблением уровней воздействующих факторов с удалением от очага возникновения опасности (рис. 1). Чем ближе объекты и люди располагаются по отношению к источнику опасности (известному или предполагаемому), тем больше угроза.

Зона возможного действия поражающих факторов источника опасности

и

Объект воздействия

\ где и - это параметр, харак-

икр I___теризующий поражающее

действие

I ""—— г < Кп - разрушение объекта _I__= лЯ] площадь зоны по-

0 г ражения

Рис. 1. Геометрический фактор угрозы.

Площадь зоны поражения оценивается для каждого источника опасности (экстремального природного явления, потенциально опасного объекта) по статистическим данным или с помощью теоретических моделей.

Объект воздействия может попасть в зону возможного поражения от источника опасности или оказаться вне ее. В этом случае степень угрозы для объектов, размещенных на рассматриваемой территории, определяется отношением

5 ' ( '

где 5 - площадь рассматриваемой территории.

Например, для объекта уничтожения химического оружия в г. Камбарка Удмуртской Республики степень угрозы для г. Камбарка определена степенью включения этого населенного пункта в зону защитных мероприятий (ЗЗМ), которая рассчитывается для различных случаев возможной запроектной аварии. Согласно полученным данным в ИжГТУ эта зона составляет в среднем площадь радиусом около 2 км. При этом город Камбарка полностью попадает в эту зону.

Сравнительную оценку близости людей к источникам природной и техногенной опасностей можно сделать на основе рассмотрения корреляции в местоположении источников опасности и населенных пунктов на некоторой территории.

В диссертации показано как изменяется коэффициент корреляции при изменении координат источника опасности и населенного пункта при оценке

дисперсии этих координат.

При определении степени корреляции источника опасности и населенного пункта возникает задача статистического исследования зависимостей, которые отражают динамику изменения расстояний между объектом и населенным пунктом с изменением реальной зоны защитных мероприятий.

Задача статистического исследования зависимостей может быть сформулирована следующим образом. По результатам п измерений

{Ы'К х?>, ... х<»>;у,<•>, у?>, ... у!т>)}, / = 1, 2,... п (2)

исследуемых переменных построить такую функцию

' /'"ОЛ-*")"

(3)

где х<2\ . . . х<р> - входные переменные, у('\ у(2>,. . . - выходные переменные, характеризующие поведение или результат функционирования, которая позволила бы наилучшим способом (в определенном смысле) восстанавливать значения результирующих переменных у = (у°\ }/2{ ... у<п>) по заданным значениям входных переменных х = (х(1>, х(1\ ... х{р>.

Выделим три основных типа конечных целей математического моделирования.

Тип 1. Установление самого факта наличия или отсутствия связи между у и х. При такой постановке статистический вывод имеет двойную природу -«связь есть» или «связи нет».

В настоящей методике предполагается, что факт наличия связи установлен.

Тип 2. Прогноз (восстановление) интересующих нас индивидуальных или средних значений выходных переменных по заданным значениям входных переменных.

При такой постановке задачи статистический вывод включает в себя описание интервала варьирования переменных и сопровождается величиной доверительной вероятности Р, с которой гарантируется наш прогноз. Выбор формы связи, т.е. класса допустимых решений F и конкретного вида функции f(x) и состава предикторов х играет в этом случае подчиненную роль и нацелен исключительно на минимизацию ошибки получаемого прогноза. Функция f(x) обычно определяется в форме множества всех тех значений х, которые удовлетворяют неравенствам

f(x) - Ер(х,п) <у >f(x) + Ер(х,п), (4)

где Ер(х,п) - гарантируемая величина прогноза.

Таким образом, в этом случае нас интересуют лишь значения функции f(x), а не ее структура.

Тип 3. Выявление причинных связей между переменными х и у, частичное управление значениями путем регулирования величины jr.

Такая постановка задачи претендует на проникновение в «физику процесса», т.е. в тот механизм, который исследователь, не будучи в состоянии его конструктивно описать, вынужден именовать «черным ящиком».

В этом случае на первый план выходит задача правильного определения

структуры модели /(х), однако как раз это место и является слабым во всей технике статистического исследования, так как нет универсальных методов, которые давали бы строгую теоретическую базу для решения этой важной задачи.

Математическая модель процесса в этом случае представляется в виде

А/

/{х\х\..х") = , (5)

где йк - искомые коэффициенты, $ - заданные функции.

Для исследования модели была разработана диалоговая система программного обеспечения.

Коэффициент множественной корреляции Я определяется по формуле

я^х-П-ЛЬ^— -, (6)

где/(х(1>, х(2>, ..., х<т>; 01,..., вщ) - функция регрессии, зависящая от т параметров 01, вх,..., вт а у - выборочное среднее значение результирующего показателя (т.е. у = 2>,/и).

/-1

Я в процентном отношении определяет ту верхнюю границу точности, которой мы можем добиться при восстановлении (прогнозировании, аппроксимации) значения функции с помощью построенной математической модели. /•" -отношение показывает значимость множественного коэффициента корреляции согласно критерию Фишера (адекватность математической модели).

Восстановление по имеющимся данным неизвестной функции проводилась при выборе наиболее подходящей аппроксимации в классе линейных и степенных функций и алгебраических полиномов. В работе приведены примеры расчета для ряда функций.

Временной фактор учитывается как вероятность того, что рассматриваемые объекты в момент реализации опасного события будут находиться в зоне действия опасных факторов. В предположении пуассоновского потока опасных событий его реализация в любой момент времени равновероятна и зависит лишь от интенсивности потока событий и продолжительности интервала. Поэтому степень угрозы подвергнуться воздействию поражающих факторов экстремального явления равна произведению вероятности его реализации на долю времени, в течение которого объект находится в зоне действия поражающих факторов при условии реализации экстремального явления. Для простейшего пуассоновского потока опасных событий

степень угрозы = <2(Ы)к,, (7)

где ()(А0 = 1 - ехр(-2Л0, к, = М/Д/, Д/а - продолжительность времени нахождения объекта в пределах области возможного возникновения экстремального опасного явления (Д/0 е {д/().

Если время наступления опасного события может быть спрогнозировано, то угроза для объекта зависит от величины ошибки 1-го рода - вероятности того, что опасное событие на рассматриваемом интервале времени произошло, хотя не было предсказано (и, следовательно, меры защиты не были предприняты).

В работе приводится классификация источников опасностей и классификация опасных промышленных объектов, где выделяются химически опасные объекты.

Предложена структура системы анализа техногенного риска, в которой учтена приведенная классификация. Рассмотрены вопросы индивидуального риска для объектов уничтожения химического оружия и получены интервалы значений, используемые для построения тематических карт риска для территорий. Определены основные параметры для оценки риска для объекта уничтожения химического оружия. Полученные данные индивидуального риска позволяют производить выбор путей обеспечения безопасности на опасных объектах.

Безопасность можно обеспечить двумя путями:

• устранением источников опасности, самой возможности каких-либо стихийных бедствий, аварий, потрясений и катаклизмов;

• повышением защищенности от опасностей, способности надежно противостоять им, обеспечением управления факторами, определяющими безопасность объектов.

В работе сформулированы три основных принципа обеспечения безопасности на объектах уничтожения химического оружия: принцип оправданности, принцип оптимизации защиты, принцип обстоятельности и координации.

Рассмотрена модель управления безопасности с учетом указанных принципов, которую возможно реализовать с учетом параметров моделей аварийных ситуаций на объектах.

С учетом работ Колодкина В.М., Котляревского В.А. был предложен подход моделирования прогноза исследований на объекте уничтожения химического оружия. Для этого использовались модели распространения ОВ в различных средах (воздух, почва, вода) с использованием значений вероятности возникновения аварийных ситуаций.

Анализ прогноза последствий аварий на потенциально опасных объектах позволил ввести следующие категории опасности территорий:

1-я степень (в зонах опасности проживает более 700 тыс. чел.);

2-я степень (в зонах опасности проживает 300-700 тыс. чел.);

3-я степень (в зонах опасности проживает менее 300 тыс. чел.).

Было проведено распределение территорий субъектов Приволжско-Урапьского региона по категориям опасности, приведенных в диссертации.

Рассмотрение моделей аварийных ситуаций на объекте уничтожения химического оружия позволил перейти к решению следующей задачи - разработке принципов и алгоритмов управления безопасностью потенциально опасных объектов.

В третьей главе рассмотрены подходы к управлению состоянием потенциально опасного объекта. С позиции системного анализа введено понятие территорий. В работе приведена обобщенная структура системы территорий. Показано, что использование теории графов, а также матриц отношений позволяет производить классификацию систем по их взаимосвязи между элементами с точки зрения управления внутри системы и выбрать оптимальное решение по управлению за счет выбора типа взаимосвязи. Система управления безопасностью потенциально опасных объектов является разновидностью системы тер-

риторий. Для реализации информационной поддержки принятых решений разработана обобщенная схема управления.

Контур управления безопасностью включает следующие основные элементы (рис. 2):

• систему сбора и обработки входной информации об угрозах для безопасности с упреждением т во времени (прогнозирование угрозы), зависящим от потребного времени на реализацию контрмер (система датчиков, модель прогноза);

• систему оценки риска эксплуатации объекта на момент т при прогнозируемых угрозах (модель оценки риска);

• критерий принятия решения (решающее правило) для лица, принимающего решение (ЛПР);

• управляющие воздействия, влияющие на безопасность.

Внешняя среда Внешнее воздействие

Рис. 2. Обобщенная схема управления.

С, - затраты на эксплуатацию, С„ - затраты на ликвидацию воздействия (аварии), е - состояние объекта, /•" - сила воздействия на объект, Ць - вероятность возникновения аварии, г - продолжительность эксплуатации, IV- величина ущерба.

Для объекта уничтожения химического оружия контур управления содержит:

- систему производственного экологического мониторинга;

- систему принятия решений с элементами информационной связи с органами, обеспечивающими защиту объекта и населения (СПР).

При объединении систем получим информационно-управляющую систему безопасности объекта уничтожения химического оружия.

Прогнозирование угрозы заключается в определении вероятности и уровней внешних воздействий на объект на момент времени + г (/д - текущее

время), по которым вычисляются вероятности исходных событий для аварийных цепочек, приводящих к нежелательным последствиям.

Прогнозирование осуществляется для реальных условий функционирования конкретного объема. По модели прогноза определяются:

• частоты или вероятности внешних воздействий 1-го вида <97,/г ,Лг) (г = 1, ..., п) за фиксированный интервал времени А/, например, для медленно меняющихся процессов типа аварийности на транспорте, моделью которых являются пуассоновские процессы, за год;

• сила воздействий в виде распределений ^(м) = Р(и, < и), где и - уровень воздействия, V, - случайная величина действующей аварийной нагрузки /-го вида при условии, что воздействие имеет место.

Чем значительнее угроза, тем существеннее должны быть меры по повышению безопасности и соответственно затраты на их осуществление.

В качестве критериев принятия решения на повышение безопасности использован показатель:

шах: Д(г, М) = Э(х, М\ е) - С/Л?| е) - Су- Щт, Д/| у) , (8)

где Э(х, е) - экономические выгоды (прибыль) от эксплуатации объекта на интервале (т, т + А^ в состоянии е, которое примет объект под действием управления кна момент 10 + г; С/Д?| е) - затраты на эксплуатацию объекта в состоянии е на интервале А? (включая компенсацию ущерба от сопровождающих безаварийную работу объекта неблагоприятных факторов); - затраты па перевод объекта в новое состояние, IV- величина ущерба.

Заметим, что при принятии решения на создание объекта решается оптимизационная задача

шах: Д(г, А1) , (9)

е е Е

При этом показатель Д(г, АС) необходимо дополнить затратами на разработку, строительство и утилизацию объекта. Остальные составляющие подсчи-тываются за время Д?, равное периоду эксплуатации объекта. Под г понимается момент начала эксплуатации или моменты реализации наибольших нагрузок (расчетные случаи нагружения). Последнее приводит к завышению реальных нагрузок на объект и созданию избыточных запасов по безопасности. Результатом решения задачи (9) является номинальное эксплуатационное состояние объекта и соответствующие ему проектные технико-экономические показатели и показатели безопасности.

Вид зависимости Д от вешних и управляющих воздействий приведен на рис. 3. При устойчивой тенденции к возрастанию IV (снижению Д), превышающему естественные флуктуации - переход А - Б, особенно при наложении пиков долго-, среднесрочного и оперативного прогнозов, ЛПР в соответствии с критерием (8) выбирает рациональное управление у* для изменения состояния объекта. Объект переходит в новое рациональное состояние е*, соответствующее изменившимся внешним условиям (переход Б - В), после чего его эксплуатация продолжается. Величина разности Ав- Аь, характеризует снижение ущерба от управления безопасностью. При значительных угрозах (Б") принимаются все возможные меры, вплоть до полного закрытия объекта (В").

Для реализации предложенной схемы управления в отличие от известных схем управления безопасностью опасных объектов в схему включены система

комплексного экологического мониторинга и система оценки прогноза.

А

Д

О

е

В"

Рис. 3. Зависимость Д от внешних и управляющих воздействий:

А - объект в начальных условиях, Б - объект при повышенной опасности, В - объект в рациональном состоянии.

При возникновении аварийной ситуации комплексная система мониторинга является источником получения первичных исходных данных о местоположении, характере и масштабе произошедшей аварии, которые необходимы для оперативной оценки химической обстановки и принятия решения по защите рабочего персонала, населения и окружающей среды.

В аварийном режиме работы объекта основными для системы мониторинга являются следующие задачи:

- определение концентрации ОВ в помещениях рабочей и промышленной зон, на территории санитарно-защитной зоны и, при необходимости, в селитебной зоне для выдачи исходных данных в целях прогноза химической обстановки;

- отбор проб почвы, воздуха, воды, а также с зараженных поверхностей оборудования, проведение количественного и качественного анализа для выявления вида и масштабов заражения;

- отбор проб и проведение анализа по определению полноты дегазации и отрицательной динамики масштабов аварии с целью оценки эффективности принимаемых мер.

При этом система функционирует в реальном масштабе времени и позволяет оценивать последствия работы объекта в аварийной ситуации для персонала, населения и природной среды.

При организации системы мониторинга использованы программы прогноза химической обстановки на ЭВМ и разработана система оценки прогноза, которая является частью системы промышленного и экологического мониторинга (рис. 4).

Функциональное назначение системы оценки и прогноза заключается в:

Рис. 4. Общая структура системы оценки и прогноза.

• организации непрерывного взаимодействия с измерительной системой экологической информации в районе размещения объекта при повседневном функционировании объекта;

• оценке и прогнозе последствий аварийных выбросов/сбросов отравляющих веществ;

• поддержке принятия решений должностными лицами объекта возникновении аварийных ситуаций на объекте;

• оперативном представлении результатов работы системы по запросам.

Система оценки и прогноза, являясь частью системы промышленного

экологического мониторинга, осуществляет непрерывное взаимодействие с другими частями системы.

Информационное обеспечение системы составляют:

• оперативная база данных, которая содержит различную информацию, обеспечивающую представление в системе актуального (реального, оперативного) состояния окружающей среды;

• база системных данных, содержащая данные, обеспечивающие в системе необходимые расчеты и представление результатов, в том числе различную картографическую информацию, демографические данные, начальные сценарии для работы моделей и другую информацию, не являющуюся опера-

тивной или временной;

• база результатов расчетов, которая используется для хранения результатов расчетов моделей и является база данных для хранения временной информации.

В работе содержатся сведения о проведении оценок воздействия в случае аварии на объекте, определены факторы, определяющие решения о применении мер защиты и предложена методологическая основа оценок степени опасности воздействия ОВ на здоровье населения.

Для принятия формализованных решений, максимально опирающихся на данные измерений, меры защиты населения могут быть классифицированы на те, которые принимаются:

- до начала поступления ОВ в природную среду;

- во время поступления ОВ в атмосферу до начала загрязнения территорий населенных пунктов;

- после прохождения облака с ОВ.

Решения принимаются только на основе информации о ситуации на объекте и прогнозах токсических доз воздействия при помощи математического моделирования.

Во время выброса поступают данные измерений системы наблюдения вокруг ОУХО, результаты прогноза могут быть скорректированы и соответственно скорректированы границы территорий и начало применения мер защиты.

В рамках данной диссертационной работы сформулирована и решена задача оптимизации и оправданности, обоснованности принятия срочных решений по применению мер защиты. Для чего выделены 3 зоны на (рис. 5):

- зона немедленной изоляции (превентивных защитных мероприятий) (Зона 1);

Рис. 5. Зоны вмешательства: где УТВ1 - уровень токсикологического воздействия 1 зоны, УТВ2 зоны,

УТВЗ зоны.

- зона защитных действий (Зона 2);

- зона химического заражения (Зона 3).

На основе данной оценки разработан алгоритм оценки воздействия ОВ для принятия решения о вмешательстве, т.е. управления безопасностью (рис. 6).

Таким образом, управление безопасностью потенциально опасных объектов, основано на использовании структуры комплексной системы мониторинга ОУХО, системы принятия решения и рекомендаций по защите работающего персонала объекта, населения, проживающего в санитарно-защитной зоне и зоне защитных мероприятий.

Четвертая глава посвящена разработке структуры и функционирования элементов системы управления безопасностью потенциально опасных объектов на основе анализа системы комплексной безопасности и мониторинга объекта уничтожения химического оружия в г. Камбарка Удмуртской Республики.

Формирование системы обеспечения безопасности в чрезвычайных ситуациях процесс многоплановый, объемный характер. В этом процессе следует выделить организационную и функциональную стороны. При построении на основе изучения социально-экономических и организационных закономерностей и учета принципов сформулированы структуры системы оперативного управления чрезвычайными ситуациями.

Организационно-функциональная структура Единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций создана для решения задачи защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, а также управления безопасностью потенциально опасных объектов. Основная вертикаль управления создана в 2004 году.

Для обеспечения информацией органов управления и сил реагирования необходимо решения ряда новых задач информационно-управляющего характера.

Эта задача в данной диссертации решена созданием дежурно-диспетчерских служб на потенциально опасных объектах, сопряженных с едиными дежурно-диспетчерскими службами «01» муниципального образования и центром управления в кризисных ситуациях субъектов Российской Федерации.

Принципиальное отличие и особенности разработанной структуры ЕДДС-01 в г.Камбарка в следующем.

Создана база данных о территориях и плотности населения на территориях в рабочее и нерабочее время, подготовлены алгоритмы действий оперативного дежурного ЕДДС 01 г. Камбарки по применению комплекса средств автоматизации при угрозе и возникновении чрезвычайной ситуации. Предложенная структура систем и оборудования на рабочем месте дежурного значительно сократила время реагирования на чрезвычайные ситуации с пожарами и на обращения населения в «Службу спасения 01». Принятая информация от различных источников сохраняется и формируется банк данных о реализации решений и принятых мер.

Применение современных и структурированных систем мониторинга (пожарного, химического, видеомониторинга) на муниципальном уровне позволяет оптимизировать количество разрозненных дежурных служб и увеличить эффективность реагирования на чрезвычайные ситуации.

Определение границы зоны 1

Определение концентраций люизита в воздухе С|гаю

Сравнение С^ < УТВ1

| НЕТ

Принятие решения Расчет радиуса зоны 1

Нанесение на электронную карту зоны 1

Оценка геометрического фактора

Управляющее воздействие

Определение границы зоны 2

Расчет концентраций люизита С2

> '

Построение карты изолиний Сг

> г

Сравнение С2<УТВ2

Определение сектора зоны 2

1 г

Нанесение зоны 2 на карту

1 >

Оценка геометрического фактора

г

Расчет прогноза доз воздействия

Данные об объектах влияния

т

Определение границы зоны 3

Расчет концентраций люизита Сз

Построение карты изолиний Сз

Сравнение С,<УТВЗ

Определение сектора зоны 3

Нанесение зоны 3 на карту

Оценка геометрического фактора ^

Данные об объектах влияния

Расчет прогноза доз воздействия

I

Управляющее воздействие Управляющее воздействие

Рис. 6. Алгоритм оценки воздействия ОВ для управления безопасностью.

Разработанная объединенная система оперативного диспетчерского управления (рис. 7) позволяет формировать базу данных страхового фонда документации (СФД) потенциально опасных объектов, а также осуществлять средне и долгосрочное прогнозирование возникновения чрезвычайных ситуаций в территориальных центрах мониторинга и прогнозирования (ТЦМП) ЧС. Она состоит из интегрированной системы связи и передачи данных, целевых функциональных подсистем и комплекса средств автоматизации.

1 -

СФД

L

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ОСОДУ

J - I ТЦМП |

[

JL

ИНТЕГРИРОВАННАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ И ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ (ИССПД)

ACO (8, 128)

АСПД

]

Система обобщения результатов мониторинга (СОРМ) Автомаги зи рова иная система диспетчеризации сообщений (АСД) Информационно-навигационная симстема (ИНС)

I I! i' ]Г || ' ЧР1

ПОТЕНЦИАЛЬНО-ОПАСНЫЙ ОБЪЕКТ пн гп ... m СИСТЕМА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ С « НАСЕЛЕНИЕМ (СВН) ® fe <£)

t t

I ЧС УГРОЗА ЖИЗНИ, ЗДОРОВЬЮ |

Средства перевозки ^опасных а веществ

Рис. 7. Блок-схема объединенной системы оперативно-диспетчерского управления.

Элементами функциональной подсистемы являются: система взаимодействия с населением (СВН), автоматическая система диспетчеризации сообщений (АСД), система обобщения результатов мониторинга (СОРМ), геоинформационная система (ГИС), автоматизированная система оповещения (ACO), автоматизированная система подготовки документов (АСПД).

Элементами комплекса средств автоматизации являются: средства связи, автоматизированные рабочие места (АРМ), приборы контроля и измерения, интеллектуальные датчики и извещатели (Д).

Для подготовки операторов-диспетчеров подготовлены алгоритмы, классификаторы и словари. В целом для построения объектовых систем безопасности необходимо в дальнейшем рассматривать единые методологические, научно-практические подходы для работы в едином временно-пространственном поле.

На объекте уничтожения химического оружия в городе Камбарке на основе проведенных исследовательских учений в 2002 и 2005 годах выработана и предложена структура информационно-управляющей системы комплексной безопасности (ИУСКБ) (рис.8).

Примечание <-[> управляющие решения (УР1, УР2, УРЗ, УР4, УР5)

ДС - дежурная смена, JICO - локальная система оповещения, КТС - коммунально-технические системы, ЭС - энергетические системы, АСУТП - автоматизированная система управления технологическими процессами, АСПК - автоматизированный стационарный пост контроля, АПЛ - автоматизированная передвижная лаборатория, ТСО - технические средства охраны, АСП и ТП - автоматическая система пожарной сигнализации и тушения пожаров.

Рис. 8. Схема информационно-управляющей системы комплексной безопасности объекта уничтожения химического оружия в г.Камбарка.

Основными элементами системы являются:

1) органы управления (оперативный дежурный по объекту, дежурных смен (ДС) АСУТП, медицинского обеспечения, КТС и ЭС, JICO, пожарной охраны, охраны, обороны и ликвидации ЧС, а также службы наблюдения и контроля (СНК), службы сбора и обработки информации (ССОИ), службы технического обеспечения функционирования систем (СТОФС));

2) система экологического мониторинга;

3) система охраны и автоматическая система пожарной сигнализации и пожаротушения;

4) объект управления (объект уничтожения химического оружия 1203).

Разработан и утвержден регламент работы системы в общей системе обмена информацией между органами управления вышестоящих органов управления в РСЧС.

ИУСКБ является управляющей по отношению к следующим подсистемам безопасности:

- технологической безопасности;

- комплексного мониторинга (в т.ч. экологического) и прогнозирования;

- локализации и ликвидации последствий ЧС;

- связи и оповещения;

- подсистемы обеспечения (медицинского, химического, инженерного и транспортного обеспечения);

- психологической адаптации населения, обеспечения средствами индивидуальной и коллективной защиты, организации эвакуации.

Данная модель системы ИУСКБ отражает возможность администрирования и управления всеми входящими в ее состав подсистемами обеспечения комплексной безопасности и обеспечивает прогнозирование и оперативный контроль развития ЧС: техногенных и природных, установленных ГОСТ Р 22.0.03 и ГОСТ Р 22.0.06.

Рассматриваемая система управления комплексной безопасностью на основе ЕДДС муниципальных образований и оперативно-диспетчерской службы субъектов Российской Федерации позволила задействовать все созданные вычислительные и информационные ресурсы, сделать акцент на управлении в реальном масштабе времени. Она позволяет перейти к реализации принципов управления угрозами (рисками), т.е. предупреждению чрезвычайных ситуаций, в том числе техногенного характера, практически внедрить принцип самоорганизации на уровень муниципальных образований, оптимизировать и формализовать алгоритмы реагирования РСЧС на региональном, муниципальном и объектовом уровнях. Качество управления зависит от правильной организации и формализации баз данных, протоколов обмена информацией и отчетных форм деятельности.

Это позволило автоматически вести статистические расчеты, обобщение показателей, заблаговременно выявлять динамику угроз (рисков) и другие проблемные вопросы. Что дает возможность в реальном масштабе времени прогнозировать текущие технологические угрозы (риски) и планировать действия сил и средств по их предупреждению и ликвидации.

Внедренная система комплексной безопасности на объекте УХО в г. Кам-барка позволила сделать следующие выводы:

- управление безопасностью с привлечением служб оперативного обеспечения территориальных органов МЧС России и ЕДЦС муниципальных образований на примере объекта уничтожения химического оружия наглядно демонстрирует принцип построения и функционирования как одного из главных направлений работы по предупреждению ЧС.

- существующие примеры срабатывания систем пожарной сигнализации, сопряженных с ЕДДС-01 в г. Ижевске, Камбарке, н.п. Каракулино, наглядно продемонстрировали эффективность реагирования на пожары, отсутствие погибших, пострадавших и незначительные материальные ущербы.

В приложениях к диссертации содержится технический акт внедрения, акт использования научных результатов и описание компьютерной системы подготовки и принятия решений в случае аварии на ОУХО.

Заключение. В работе получены научно-обоснованные решения организации управления безопасностью потенциально опасных объектов на примере объекта уничтожения химического оружия, которые обеспечили оперативность принятия решений для предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций с использованием информационных технологий.

Основные результаты и выводы работы состоят в следующем:

1. Получена оценка территорий Приволжского и Уральского федеральных округов по опасностям и угрозам с применением ранжирования территорий по коллективному риску при авариях на химически опасных объектах, что позволило определить основные задачи решения проблемы управления комплексной безопасности потенциально опасных объектов.

2. Разработаны модели систем безопасности потенциально опасных объектов, в которых учитываются различные факторы опасностей - геометрические, временные, а также выделены элементы структуры техногенного риска. Разработана модель статистического исследования зависимостей, которые отражают динамику изменения расстояний между объектом и населенным пунктом с изменением реальной зоны защитных мероприятий.

3. Показано, что использование ГИС технологий позволяет свести построение моделей риска на основе двух факторов - интенсивность воздействия и сопротивление опасному воздействию, определены типы моделей воздействия.

4. На основании системного анализа предложенной обобщенной структурной схемы территории разработана схема управления безопасностью потенциально опасных объектов и модели аварийных ситуаций на химически опасных объектах на основе ГИС технологий.

5. Получены оценки по категориям опасности территории Приволжско-Уральского региона.

6. Разработаны принципы организации управления безопасностью на объекте уничтожения химического оружия, в которых учтены условия обеспечения принятия решений при чрезвычайных ситуациях по результатам экологического мониторинга.

7. Впервые разработан алгоритм оценки воздействия ОВ с целью принятия решений о вмешательстве для предупреждения и ликвидации последствий ЧС с выделением трех основных зон вмешательства.

8. Выделены основные принципы управления по снижению риска и обеспечения безопасности и определена последовательность их реализации на всех уровнях комплексной безопасности объектов и территорий.

9. Показано, что применение ЕДДС в системах комплексной безопасности позволяет обеспечить оперативное реагирование и управление при ЧС во взаимосвязи с экологическим мониторингом потенциально опасных объектов.

10. Полученные в диссертации решения использованы в информационно-управляющей системе комплексной безопасности объекта уничтожения химического оружия в г. Камбарка Удмуртской Республики, которая отмечена дипломом МЧС России в декабре 2005 года за научно-технические разработки.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Третьяков П.А. Организация работ по созданию единых дежурно-диспетчерских служб и объединенных систем оперативно-диспетчерского управления в субъектах Российской Федерации При-волжско-Уральского региона. // В кн. Материалы научно-практической конференции руководителей органов управления гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций Приволжско-Уральского регионального центра, Екатеринбург, 2002. - С. 22-26.

2. Третьяков П.А. О совершенствовании организации работ в области предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций. //Всероссийская конференция «Проблемы предупреждения чрезвычайных ситуаций», Тамбов, 2003.-С. 10-13.

3. Третьяков П.А. Подведение итогов исследовательского учения. Предложения и рекомендации по организации государственного экологического мониторинга объектов хранения и уничтожения химического оружия. // Всероссийский научно-практический семинар. Государственный экологический мониторинг объектов хранения и уничтожения химического оружия. Сборник материалов. - М.: ООО «Талар», 2002. - С. 67-69.

4. Третьяков П.А., Воробьев Ю.Л., Батырев В.В., Фалеев М.И. и др. Обеспечение деятельности оперативных фупп с мобильных пунктов управления. // Учебное пособие для ВУЗов. - Ижевск: Удмуртия, 2001. - 112с.

5. Третьяков П.А., Габричидзе Т.Г., Кудряшов Г.А. и др. // Опыт работы ЕДДС-01 в Удмуртской Республике. Всероссийский информационно-аналитический журнал, 2005. - № 5. - С. 40-41.

6. Третьяков П.А., Габричидзе Т.Г., Фомин П.М. и др. Противодействие терроризму: Учебно-методическое пособие. / Под общей редакцией Пит-кевича Ю.С. - Ижевск, 2004. - 132с.

п

* Л 4 О о

Отпечатано в ГУЛ «Книжное издательство «Удмуртия» Подписано в печать 3.02.2006. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,56. Тираж 100 экз.

Введение

1. Анализ проблем обеспечения безопасности потенциально опасных 14 объектов.

1.1. Характеристика потенциально опасных объектов.

1.2. Ранжирование территорий региона по опасностям и угрозам.

1.3. Состояние проблемы обеспечения безопасности потенциально 28 опасных объектов.

1.4. Проблемы управления безопасностью потенциально опасных объ- 31 ектов.

2. Модели систем безопасности потенциально опасных объектов.

2.1. Основные направления обеспечения безопасности потенциально 41 опасных объектов.

2.2. Оценка состояния защиты населения и территорий от чрезвычай- 63 ных ситуаций.

2.3. Основные подходы и методы обеспечения безопасности.

2.4. Модели аварийных ситуаций на химически опасных объектах (объ- 75 ектах уничтожения химического оружия).

3. Управление безопасностью потенциально опасных объектов.

3.1. Структура системы безопасности.

3.2. Структура системы комплексного экологического мониторин- 100 га на объекте уничтожения химического оружия.

3.3. Разработка системы подготовки для принятия решений по ме- 109 рам защиты персонала и населения при аварии на объекте уничтожения химического оружия.

4. Управление безопасностью на основе службы оперативного обес- 125 печения территориальных органов МЧС России и ЕДДС муниципальных образований.

4.1. Принципы построения и функционирования систем комплексной 125 безопасности региона.

4.2. ЕДДС как элемент интеграции функций системы комплексной 130 безопасности.

4.3. Программный комплекс управления комплексной безопасностью с 138 использованием специального программного обеспечения.

4.4. Информационно-управляющая система комплексной безопасности 145 объекта уничтожения химического оружия в г. Камбарка Удмуртской Республики.

В современных условиях негативные факторы техногенного, природного и террористического характера представляют одну из наиболее реальных угроз для обеспечения стабильного социально-экономического развития страны, повышения качества жизни населения, укрепления национальной безопасности и международного престижа Российской Федерации [123].

Негативное воздействие этих факторов становится все более масштабным и оказывает ощутимое влияние на социально-экономическое развитие и обеспечение национальной безопасности страны.

Федеральными органами исполнительной власти, органами государственной власти субъектов Российской Федерации, органами местного самоуправления развернуты работы по предупреждению чрезвычайных ситуаций, обеспечению защищенности потенциально опасных объектов инфраструктуры и безопасности населения от угроз техногенного, природного характера и террористических проявлений [112 - 117].

В настоящее время идет изменение приоритетов в обеспечении безопасности от традиционных - защиты жизни и имущества, к новым - обеспечению устойчивости и непрерывности основных бизнес процессов в организациях и на объектах. Наряду с традиционными целями - защита жизни и защита материальных активов - появляются новые цели:

• защита нематериальных активов (интеллектуальная собственность, данные, информация);

• оптимизация инвестиций;

• снижение операционных затрат;

• управление рисками.

Решать эти вопросы без развития электронных систем безопасности с использованием информационных технологий становится невозможным. Все большей популярностью у разработчиков пользуются системы безопасности с открытой архитектурой, которые позволяют не только использовать преимущества новейших сетевых технологий, но и надежно защищать передаваемые данные.

В распределенных системах управления безопасностью основное внимание уделяется решению глобальной задачи множеством взаимодействующих узлов. При этом обязательно имеется глобальная концептуальная модель процесса обеспечения безопасности объекта, глобальный критерий успеха, а распределяются ресурсы, знания, управление и ответственность. Основным направлением согласованного взаимодействия распределенных систем управления безопасностью с открытой архитектурой остается координация. Координирование означает воздействие на подсистемы нижнего уровня, которое заставляет их действовать согласованно.

В общем случае координация осуществляется для достижения общей цели функционирования и выполняется вышестоящей системой. Успех в решении этой задачи оценивается по отношению к общей, глобальной цели, поставленной перед системой. Так как распределенные системы действуют так, чтобы достичь своих собственных индивидуальных целей, то между ними возникает конфликт, на разрешение которого и направлена координация. Таким образом, координацию в распределенных системах безопасности с открытой архитектурой можно представить как частный случай правила согласования решений [64].

Современные системы безопасности - это сложные комплексы, состоящие из сотен и тысяч компонентов самых разных производителей, установленных на больших территориях. Интеграция всей имеющейся техники в единую систему до сих пор решалась лишь частично - в рамках отдельных специализированных подсистем: охранной, пожарной, системы контроля доступа или видеонаблюдения. При этом давно назрела необходимость не только организации эффективного взаимодействия компонентов, формально принадлежащих какой-либо из указанных специализированных подсистем, но и организовать гибкий и оперативный доступ самых разных служб к интересующей их информации непосредственно на рабочих местах [42].

Необходимость оценки эффективности управления комплексными системами безопасности (КСБ) возникает в связи с широким распространением в коммерческих и государственных структурах интегрированных систем технической безопасности и жизнеобеспечения [31].

Обеспечение безопасности населения на региональном уровне в течение последних десятилетий вошло в разряд наиболее приоритетных проблем, решаемых как административными органами, так и учеными многих развитых стран. На реализацию перспективных идей в этой области направлен комплекс правительственных и отраслевых программ США, учитывающих одновременно требования предупреждения техногенных аварий и катастроф, а также ограничения (или недопущения) экологической «составляющей», их возможных последствий. В Европе широко распространение получили нормативные документы, регламентирующие контроль и управление текущей обстановкой в регионах со значительным сосредоточением опасных промышленных объектов. В Российской Федерации разработка подобных программ обеспечения безопасности является важнейшей функцией Министерства по делам гражданской обороны и чрезвычайным ситуациям РФ, федеральных надзорных органов (Госгор-технадзора, Госатомнадзора, Госсанэпиднадзора и т.д.) и целого ряда других инстанций [31].

Важнейшей задачей координации в распределенных системах безопасности является управление безопасностью. Начальным звеном управления в региональной системе является объект, среди которых выделяется класс потенциально опасных объектов, где экологическая составляющая безопасности является важнейшей.

Актуальность разработки принципов управления безопасностью потенциально опасных объектов вызвана появлением новых технологий, в том числе, утилизации вооружений.

Цель диссертационной работы - обеспечение оперативности реагирования для предотвращения или ликвидации чрезвычайных ситуаций на потенциально опасных объектах на примере объекта уничтожения химического оружия на основе научно-обоснованных решений управления безопасностью потенциально опасных объектов.

Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:

- анализ проблем обеспечения безопасности потенциально опасных объектов с выделением задачи исследования;

- моделирование безопасности потенциально опасных объектов с оценкой моделей аварийных ситуаций на химически опасных объектах;

- разработка и исследование структуры и функций системы комплексного экологического мониторинга на примере объекта уничтожения химического оружия;

- разработка алгоритмов принятия решений при аварии на объекте уничтожения химического оружия;

- анализ принципов построения и функционирования системы комплексной безопасности на объекте уничтожения химического оружия;

- разработка принципов организации единой диспетчерской службы для оперативного реагирования при чрезвычайной ситуации на потенциально опасных химических объектах;

- разработка и исследование алгоритмов управления комплексной безопасностью и разработка информационно-управляющей системы безопасностью объекта уничтожения химического оружия.

Объектом исследования являются модели систем безопасности потенциально опасных объектов, методы обеспечения экологической безопасности потенциально опасных химических объектов на примере объекта уничтожения химического оружия.

Предметом исследования являются методы и алгоритмы принятия решений при управлении безопасностью потенциально опасных объектов, методы оперативного обеспечения органов, отвечающих за безопасность с использованием информационных технологий.

Методы исследований в работе применялись теоретические и экспериментальные методы исследований.

При определении ранжирования территорий по группам безопасности использовались статистические и экспертные оценки. Для моделирования аварийных ситуаций на объектах уничтожения химического оружия применялись методы описания неоднородных явлений в атмосфере, методы оценки предельно-допустимых концентраций отравляющих веществ, разработка алгоритмов принятия решений и принципов специального программного обеспечения управления безопасностью с использованием ЕДДС велась на основе структурного анализа системы комплексного экологического мониторинга потенциально опасных объектов.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов подтверждена внедрением информационно-управляющей системы комплексной безопасности на объекте уничтожения химического оружия.

Расчет и анализ ряда показателей безопасности потенциально опасных объектов основаны на принятых в МЧС России методиках, а также на положениях теории статистического анализа, теории вероятностей и фундаментальных основах построения вычислительных и информационных распределенных систем.

Достоверность экспериментальных результатов основана на большом объеме экспериментального материала Приволжского и Уральского федеральных округов в рамках задач МЧС России.

Научная новизна работы заключается в разработке научно-обоснованных решений управления безопасностью потенциально опасных объектов, обеспечивающих оперативность реагирования для предотвращения или ликвидации чрезвычайных ситуаций на объектах, а именно:

- предложены модели систем безопасности потенциально опасных объектов на примере объекта уничтожения химического оружия;

- уточнены модели аварийных ситуаций на химически опасных объектах на основе ГИС технологий;

- предложена структура системы комплексного экологического мониторинга на объекте уничтожения химического оружия с введением элементов принятия управляющих решений безопасностью при чрезвычайных ситуациях;

- разработаны алгоритмы и программный комплекс управления безопасностью объектом уничтожения химического оружия;

- предложена методика использования единой диспетчерской службы как элемента интеграции функций системы комплексной безопасности.

Практическая ценность и реализация результатов работы.

Предложены рекомендации для защиты персонала и населения в сани-тарно-защитной зоне и зоне защитных мероприятий объекта уничтожения химического оружия в г. Камбарка Удмуртской Республики.

Создана и внедрена информационно-управляющая система комплексной безопасности объекта уничтожения химического оружия.

Работа выполнялась в соответствии с Федеральной целевой программой «Снижение рисков и смягчения последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в Российской Федерации до 2005 года», утвержденной постановлением Правительства РФ от 29 сентября 1999 года № 1098 и планами НИОКР МЧС России «Разработка комплекса мер по обеспечению безопасности населения России, проживающего вблизи химически опасных объектов» (п. 50 федеральной программы) и тематического плана НИОКР МЧС России п. 4.15 «Автоматизированные системы объединенной системы оперативно-диспетчерского управления субъекта Российской Федерации».

Работа выполнялась в Центрах мониторинга и прогнозирования Удмуртской Республики, Свердловской области и Ижевском государственном техническом университете.

Вся работа в целом, а также ее отдельные части могут быть использованы на потенциально опасных объектах России с участием ведомств, отвечающих за безопасность территорий, в том числе МЧС России.

Апробация работы. Отдельные этапы работы обсуждались и были представлены на научно-практической конференции «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций» (г. Екатеринбург, 2001 г.), Всероссийской конференции «Проблемы уничтожения химического оружия» (г. Камбарка Удмуртской Республики, 2002 г.), на Всероссийской конференции «Проблемы предупреждения чрезвычайных ситуаций» г. Тамбов 2003 г., на совместном заседании Совета безопасности Российской Федерации и Президиума Государственного Совета Российской Федерации г. Екатеринбург 2004 г., Международной научно-практической конференции «Проблемы создания и повышения эффективности единых дежурно-диспетчерских служб на базе единого телефонного номера 01» (г. Москва, 2005 г.).

Публикации. Основные научные результаты по теме диссертации опубликованы в 15 научных работах, в том числе: 6 статей в журналах и сборниках, 8 тезисов докладов на научно-технических конференциях.

Структура диссертационной работы.

Диссертация содержит введение, 4 главы и заключение, список использованных литературных источников, содержащих 132 наименований и приложения.

Основные результаты и выводы работы состоят в следующем:

1. Получена оценка территорий Приволжского и Уральского федеральных округов по опасностям и угрозам с применением ранжирования территорий по коллективному риску при авариях на химически опасных объектах, что позволило определить основные задачи решения проблемы управления комплексной безопасности потенциально опасных объектов.

2. Разработаны модели систем безопасности потенциально опасных объектов, в которых учитываются различные факторы опасностей - геометрические, временные, а также выделены элементы структуры техногенного риска. Разработана модель статистического исследования зависимостей, которые отражают динамику изменения расстояний между объектом и населенным пунктом с изменением реальной зоны защитных мероприятий.

3. Показано, что использование ГИС технологий позволяет свести построение моделей риска на основе двух факторов - интенсивность воздействия и сопротивление опасному воздействию, определены типы моделей воздействия.

4. На основании системного анализа предложенной обобщенной структурной схемы территории разработана схема управления безопасностью потенциально опасных объектов и модели аварийных ситуаций на химически опасных объектах на основе ГИС технологий.

5. Получены оценки по категориям опасности территории Приволжско-Уральского региона.

6. Разработаны принципы организации управления безопасностью на объекте уничтожения химического оружия, в которых учтены условия обеспечения принятия решений при чрезвычайных ситуациях и результаты экологического мониторинга.

7. Впервые разработан алгоритм оценки воздействия ОВ с целью принятия решений о вмешательстве для предупреждения и ликвидации последствий ЧС с выделением трех основных зон вмешательства.

8. Выделены основные принципы управления по снижению риска и обеспечения безопасности и определена последовательность их реализации на всех уровнях комплексной безопасности объектов и территорий.

9. Показано, что применение ЕДДС в системах комплексной безопасности позволяет обеспечить оперативное реагирование и управление при ЧС во взаимосвязи с экологическим мониторингом потенциально опасных объектов.

10. Полученные в диссертации решения использованы в информационно-управляющей системе комплексной безопасности объекта уничтожения химического оружия в г. Камбарка Удмуртской Республики, которая отмечена дипломом МЧС России в декабре 2005 года за научно-технические разработки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе получены научно-обоснованные решения организации управления безопасностью потенциально опасных объектов на примере объекта уничтожения химического оружия, которые обеспечили оперативность принятия решений для предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций с использованием информационных технологий.

1. Аварии и катастрофы. Предупреждение и ликвидация последствий. Учебное пособие под ред. В.А. Котляревского, книги 3, 5 и 6. Изд. Ассоциации строительных ВУЗов, М., 1998 2003.

2. Айвозян С.А., Енюков И.С., Мешалкин Л.Д. Прикладная статистика: исследование зависимостей. М.: Финансы и статистика, 1985. - 489 с.

3. Акимов В. А. Методы сравнительной оценки опасности регионов России с учетом катастрофических чрезвычайных ситуаций // Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях, 2000, Вып. 1. С. 41-47.

4. Акимов В.А., Новиков В.Д., Радаев Н.Н. Природные и техногенные чрезвычайные ситуации: опасности, угрозы, риски. М.: ЗАО ФИД «Деловой экспресс», Москва. 2001. - 344 с.

5. Акимов В.А., Лесных В.В., Радаев Н.Н. Основы анализа и управления риском в природной и техногенной сферах. Москва. Деловой экспресс. 2004.

6. Акимов В. А., Махутов Н. А., Кузьмин И. И. и др. Новая парадигма развития России: комплексные исследования проблем устойчивого развития. М.: Изд-во «Академия», 1999. - 459 с.

7. Алексеев В.А. Проблемы разработки интеллектуальных датчиков импульсных процессов. В сб. Автоматизация физико-технических измерений. Свердловск, УрО АН СССР, 1991. - С. 18-31.

8. Алексеев В.А., Арефьев А.В., Габричидзе Т.Г., Заболотских В.И., Адаптивный экологический мониторинг окружающей среды. Экология и промышленность России, октябрь 2002. С. 11-13.

9. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Термины и определения основных понятий. ГОСТ Р 22.0.02-94.

10. Безопасность жизнедеятельности // Под редакцией С.В. Белова. М.: Высшая школа, 1999. - 448 с.

11. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся вузов. М.: Наука, 1980. - 976 с.

12. Бурков В.Н., Грацианский Е.В. и др. Модели и механизмы управления безопасностью. Серия «Безопасность». М.: СИНТЕГ, 2001. - 160 с.

13. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. Изд. 2-е. М.: Наука, 1997.

14. Воробьев Ю.Л. Национальная безопасность и управление стратегическими рисками в России // Специальный выпуск аналитического журнала «Управление риском», 2002. С. 4-9.

15. Воробьев Ю. Л. Основы формирования и реализации государственной политики в области снижения рисков чрезвычайных ситуаций: Монография. М: ФИД «Деловой экспресс», 2000. - 248 с.

16. Воробьев Ю. Л., Малинецкий Г. Г., Махутов Н. А. Теория риска и технологии обеспечения безопасности. Подход с позиций нелинейной динамики // Проблемы безопасности при ЧС, 1998. Вып. 11. С. 26-40.

17. Габричидзе Т.Г., Фомин П.М., Кедрук А.В., Михалев М.П. Организация комплексного государственного мониторинга и прогнозирования ЧС на территории республики // Гражданская защита. 2003. № 12. С. 29-31.

18. Горелик В.А., Горелов М.А. Кононенко А.Ф. Анализ конфликтных ситуаций в системах управления. -М.: Радио и связь, 1991.

19. ГОСТ 11.005-74 Правила определения оценок и доверительных границ для параметров экспоненциального распределения и распределения Пуассона.

20. ГОСТ 12.1.010-76* Взрывобезопасность. Система стандартов безопасности труда.

21. ГОСТ Р 22.0.01-94 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Основные положения.

22. ГОСТ Р 22.0.02-94, ГОСТ Р 22.2.08-96 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Термины и определения основных понятий.

23. ГОСТ Р 22.0.07-95 Источники техногенных чрезвычайных ситуаций. Классификация и номенклатура поражающих факторов.

24. ГОСТ Р 22.1.01-95 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование. Основные положения.

25. ГОСТ Р 22.1.02-95 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Мониторинг и прогнозирование. Термины и определения.

26. ГОСТ Р 22.1.05-95 Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Средства технические мониторинга. Общие технические требования.

27. ГОСТ Р 22.2.03-97. Безопасность в чрезвычайных ситуациях. Паспорт безопасности административно-территориальных единиц. Общие положения.

28. ГОСТ Р 22.7.01-99 Единая дежурно-диспетчерская служба. Основные положения.

29. Государственный доклад о состоянии защиты населения и территорий РФ от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в 2001 -2003 годах.

30. Гражданская защита. Энциклопедический словарь. Под общей редакцией С.К. Шойгу. Москва. ДЭКС Пресс. 2005.

31. Гусаров А.В. Получение и обработка экспертных оценок качественного характера для управления техногенной безопасностью в промышленном регионе: Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд.техн.наук: 05.13.10. Уфа, 2003. - 16 с.

32. Джеймсон Э., Мюллер Т. и др. Численные методы в динамике жидкостей.-М.: Мир, 1981.-315 с.

33. Дмитриев А.К., Мальцев П.А. Основы теории и контроля сложных систем.-М.: Энергоатомиздат, 1988.

34. Елохин А. Н., Бодриков О. В., Ульянов С.В., Глебов В.Ю. Методология комплексной оценки природных и техногенных рисков для населения регионов России. Обзор информации. Проблемы безопасности при чрезвычайных ситуациях. ВИНИТИ-М. 1996, Вып.З.

35. Еремин М.Н. Оценка риска и управление безопасностью территорий региона. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. - 268 с.39