автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.10, диссертация на тему:Управление пожарными рисками на основе методов и моделей теории активных систем

На правах рукописи

9 15-5/737

Чу Куок Минь

УПРАВЛЕНИЕ ПОЖАРНЫМИ РИСКАМИ НА ОСНОВЕ МЕТОДОВ И МОДЕЛЕЙ ТЕОРИИ АКТИВНЫХ СИСТЕМ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Москва - 2015

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

Научный руководитель: Топольский Николай Григорьевич

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор, научный руководитель УНК АСИТ 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

Щепкин Александр Васильевич

доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник института проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН

Ведущая организация: ФГБУ ВНИИ противопожарной обороны МЧС

России

Защита диссертации состоится «07» октября 2015 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета ДС 205.002.01 в Академии Государственной противопожарной службы МЧС России по адресу: 129366, Москва, ул. Бориса Галушкина, д.4, зал Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Академии Государственной противопожарной службы МЧС России и на сайте http://academvgDs.ru/uploads/files/FKis2avv9QWU 1 RW6QCsS.pdf

Автореферат разослан «18» августа 2015 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 темы исследования. В диссертационной работе развиваются теоретические и прикладные аспекты теории активных систем в области пожарных рисков, исследуются особенности пожарных рисков, даются практические рекомендации по моделированию, прогнозированию и управлению рисками во Вьетнаме. В связи с этим тема диссертационной работы является весьма актуальной.

С начала XXI века во Вьетнаме наблюдается стабильно высокий экономический рост (ежегодно около 5-7 %). Он тесно связан с увеличением потребления электрической энергии, скорости урбанизации поселений, ростом количества промышленных площадок, зон переработки товаров и торговых центров.

Однако развитие экономики сопровождается и негативными факторами, в числе которых - рост количества пожаров на предприятиях, в учреждениях, жилом секторе страны. По данным статистики в период 2001-2012 гт. во Вьетнаме произошло 22419 пожаров, погибли 810 человек и травмированы 2060 человек; материальные потери от пожаров составили около 289 миллионов долларов. Если считать косвенные потери, то их сумма превышает прямые убытки в 4-5 раз.

В сложившихся условиях основной задачей Главного управления пожарной охраны и аварийно-спасательной службы (ГУПО и АСС) Социалистической Республики Вьетнам (СРВ) является усиление деятельности по сокращению количества пожаров и ущерба от них за счёт новых организационно-технических решений, применения новейших технологий предупреждения и тушения пожаров, предупреждения взрывов, совершенствования методов управления пожарными рисками, включая использование современных математических моделей теории активных систем.

Широко известны ученые, внесшие значительные вклад в теорию активных систем и развитие её прикладных областей в сфере исследования рисков: В.Н. Бурков, Д.А. Новиков, A.B. Щепкин и др.

Научные положения автора диссертации сформированы на базе научных работ в сфере управления пожарными рисками H.H. Брушлинского, В.В. Кафидова, A.B. Матюшина, Е.А. Мешалкина, В.А. Минаева, B.JI. Семикова, C.B. Соколова, Н.Г. Топольского, Г.Х. Харисова и др.

Объектом исследования являются характеристики пожарной безопасности и пожарных рисков во Вьетнаме, а предметом исследования - математические методы и модели анализа и управления пожарными рисками во Вьетнаме.

Цель исследования заключается в разработке и исследовании комплекса математических моделей и методов управления пожарными рисками во Вьетнаме,

включая методы теории активных систем, обеспечивающие повышение уровня пожарной безопасности объектов Вьетнама при ограничениях на ресурсное обеспечение служб и подразделений Вьетнамского управления противопожарной службы и спасательных работ.

Методология исследования. Методологической основой исследования являются принципы системного анализа, примененные к рассмотрению процессов и явлений в сфере пожарной безопасности и пожарных рисков во взаимодействии и взаимовлиянии, методической базой - методы математического моделирования, теории вероятностей и математической статистики, оптимальной оценки и управления.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

• анализ особенностей пожарных рисков, существующих методов и основных недостатков управления ими во Вьетнаме для постановки и формализации управленческих задач, стоящих перед противопожарной службой страны;

• разработка комплекса моделей анализа и прогнозирования динамики и территориальных особенностей пожарных рисков;

• создание моделей управления пожарными рисками на основе принципов теории активных систем в приложении к кадровым ресурсам противопожарной службы;

• исследование моделей системы управления пожарными рисками при различных механизмах управления ресурсами противопожарной службы;

• разработка методики и решение задач оптимального управления кадровыми ресурсами противопожарной службы для снижения пожарных рисков.

Научная новизна и теоретическая значимость. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной и теоретической значимостью:

• новая модель статистического анализа территориально-временных данных о факторах детерминации пожарных рисков;

• оригинальные модели прогнозирования динамических зависимостей в сфере пожарной безопасности;

• методика и модели анализа взаимосвязи показателей деятельности противопожарной службы с характеристиками ущербов от пожаров;

• постановка и решение задач оптимального распределения кадровых ресурсов противопожарной службы.

Практическая значимость и результаты внедрения. На основании выполненных исследований и полученных научных результатов в ГУПО СРВ внедрены методы, обеспечивающие совершенствование управления пожарными

рисками во Вьетнаме на основе моделей оптимального распределения кадровых ресурсов противопожарной службы.

Кроме того, модели и методы управления пожарными рисками включены в учебный процесс факультета пожарной тактики, а именно при разработке фондовых лекций по дисциплине «Управление пожарными рисками» для курсантов и слушателей Института пожарной безопасности Вьетнама, а также в учебный процесс и в научно-исследовательскую работу в учебно-научном комплексе автоматизированных систем и информационных технологий Академии Государственной противопожарной службы МЧС России.

Результаты, полученные в диссертации, могут быть использованы в практических подразделениях противопожарной службы Вьетнама для решения задач управления рисками с учетом динамических и территориальных закономерностей, а также особенностей территориального распределения кадровых ресурсов этой службы.

Достоверность изложенных в работе результатов обеспечивается четким планированием исследовательского процесса, выбором адекватных цели и задачам диссертационной работы математических методов и моделей, применением апробированных методов статистического анализа, использованием проверенного математического программного обеспечения для проверки результатов вычислений.

Апробация работы: основные результаты диссертационной работы были доложены и получили одобрение на международных научных и научно-практических конференциях: II - IV Международных научно-практических конференциях молодых учёных и специалистов «Проблемы техносферной безопасности» (Академия Государственной противопожарной службы МЧС России, 2013-2015 гг.); Международной научной конференции «Цивилизация знаний: проблемы и смыслы образования» (Российский новый университет, 2013 г.); Международной научно-практической конференции: «Комплексные проблемы техносферной безопасности» (Воронежский государственный технический университет 2014 г.); Международной заочной научно-практической конференции: «Проблемы обеспечения безопасности людей при пожаре и взрыве» (Командно-инженерный институт МЧС Республики Беларусь, 2014 г.); IX Международной научно-практической конференции: «Пожарная и аварийная безопасность» (Ивановский институт ГПС МЧС России, 2014 г.); XXI - XXIII Международной научно-практической конференции: «Системы безопасности» (Академия Государственной противопожарной службы МЧС России, 2012-2014 гг.).

Публикации. По тематике диссертации опубликовано 15 научных работ, из них 6 - в журналах, включенных в перечень ВАК России, 1 работа опубликована в

единоличном авторстве, 9 докладов и тезисов опубликованы в сборниках научных трудов и материалах международных и всероссийских конференций.

Личный вклад автора. В совместных публикациях автору принадлежат: постановка и формализация задач управления в системе противопожарной службы, разработка методов и математических моделей оценки пожарных рисков, теоретические обобщения и прикладные расчеты, участие в реализации и внедрении разработок.

На защиту выносятся следующие результаты, учитывающие особенности обстановки с пожарами во Вьетнаме:

• модель статистического анализа территориально-временных данных о факторах детерминации пожарных рисков;

• модели прогнозирования динамических зависимостей влияния противопожарной службы на состояние пожарной безопасности;

• методика и модели анализа взаимосвязи показателей деятельности противопожарной службы с характеристиками ущербов от пожаров;

• методика создания критериев оптимального обеспечения противопожарной службы кадровыми ресурсами;

• постановка и решение задач оптимального распределения кадровых ресурсов противопожарной службы.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, заключения, списка использованной литературы и двух приложений. Основное содержание работы изложено на 144 страницах машинописного текста, содержит 38 рисунков и 14 таблиц. Список литературы содержит 144 наименования.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении раскрыта актуальность темы диссертации, описаны предмет, объект и методологическая база исследования, раскрыты цель и задачи работы, приведены данные о научной новизне, достоверности полученных результатов, сведения о теоретической и практической значимости, внедрении и апробации результатов исследования, положениях, выносимых на защиту, публикациях автора по теме исследования, личном вкладе автора в полученные результаты, а также о структуре и объеме диссертации.

В первой главе "Особенности управления пожарными рисками во Вьетнаме" описываются пожарные риски как объект управления, рассматривается понятие риска и его место в системе пожарной безопасности. Обобщая подходы различных авторов, "риск" определяется как сочетание вероятности и последствий наступления неблагоприятных событий. Делается

вывод, что, выявляя роль отдельных факторов, влияющих на уровень риска, можно целенаправленно воздействовать на них, то есть управлять риском.

Следуя подходу H.H. Брушлинского, к основным пожарным рискам в диссертации отнесены следующие:

1) риск Ri для человека столкнуться с пожаром (его опасными факторами) за единицу времени;

2) риск R2 для человека погибнуть при пожаре (оказаться его жертвой);

3) риск R3 для человека погибнуть от пожара за единицу времени;

4) риск R4 уничтожения строений в результате пожара;

5) риск R5 прямого материального ущерба от пожара.

В главе делается вывод, что с учётом различий пожарных рисков необходимы комплексные методики и модели управления пожарной безопасностью. В частности, необходимо знать частотные характеристики возникновения пожара на том или ином объекте, а также предполагаемые размеры его социальных, экономических и экологических негативных последствий.

В главе производится анализ существующих методов управления пожарными рисками, описываются основные характеристики процесса управления пожарными рисками.

Приводится классификация причин пожаров по трем основным группам: природные, техногенные и социальные. В общем виде риск как функция социальных, техногенных и природных факторов представляется как:

R = (S, Т, N), (1)

где: S - социальные факторы; Т - техногенные факторы; N - природные факторы.

Управление пожарными рисками означает воздействие на указанные факторы с целью снижения значений рисков до приемлемых.

В главе производится анализ пожарной безопасности во Вьетнаме. Отмечается, что в городах Вьетнама проживает примерно третья часть её населения, на которые приходится более половины всех пожаров в стране и почти 70% всех погибших при пожарах. Отсюда следует, что обстановка с пожарами в городах СРВ существенно опаснее, чем в сельской местности. Производится изучение динамики населения, числа пожаров и их жертв во Вьетнаме.

В последние два с половиной десятилетия численность населения СРВ ежегодно увеличивается. Однако темпы естественного прироста населения постепенно снижаются. При этом в 1990 году количество сельского населения составляло около 80% от его общего количества, а к 2011 году эта доля уменьшилась до 68%. Прогнозы показывают, что доля сельского населения продолжит свое падение.

Динамика пожаров, ущерба от них и число их жертв показаны на рис. 1-3. Очевидно, что материальный ущерб от пожаров возрастает, число самих пожаров стремится к стабильному уровню. При этом число их жертв характеризуется некоторыми колебаниями.

Интересна динамика основных пожарных рисков во Вьетнаме за период с 2001 по 2012 гт.: риск Я] возрос с 0,011 до 0,027 пожара на 1 тыс. чел. Риск Я2 снижался за период 2002-2006, в период 2007-2011 стабилизировался на уровне 2 - 3, а в 2012 году возрос до 4,56 жертв на 100 пожаров. Риск Я3 имеет тенденцию к снижению и определенной стабилизации.

В главе исследована территориальная обстановка с пожарами в округах Вьетнама за период с 2001 по 2012 гг. Результаты представлены на рис. 4-6.

Годы

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Рис.1. Динамика числа пожаров во Вьетнаме в период с 2001 по 2012 гг.

I

Годы

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Рис. 2. Динамика ущерба от пожаров во Вьетнаме в период с 2001 по 2012 гг.

140 т---

Годы

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

Рис. 3. Динамика числа погибших на пожарах в СРВ в период 2001-2012 гг.

К.

0,04

■ I ■ ■ I 1

Дельта Хонгха Северный Центральное Центральное Юго-Восточный Дельта Меконга

Мидлендс и побережье нагорье

горные провинции

Рис. 4. Средние значения пожарного риска Л] (пожар/103 чел. год) в округах Вьетнама в период 2001 - 2012 гт.

0,03 0,02 0,01 0,00

Дельта Хонгха Северный Центральное Центральное Юго-Восточный Дельта Меконга Мидлендс и побережье нагорье

горные провинции

Рис. 5. Средние значения пожарного риска Ят (жертв/100 пожаров) в округах Вьетнама

в период 2001 -2012 гг.

Ю

0,16 0,14 0,12 0,10 0.08 0,06 0,04 0,02 0,00

I I . I I I

Дельта Хонгха Северный Центральное Центральное Юго-Восточный Дельта Меконга Мидлендс и побережье нагорье

горные провинции

Рис. 6. Средние значения пожарного риска Яз (жерт&'ЧО5 чел. год) в округах СРВ в период 2001-2012 гг.

Сделан вывод о том, что округа Вьетнама характеризуются существенно-различными экономико-социальными условиями, климатическими и культурно-историческими характеристиками и особенностями. Такая разница сказывается на состоянии обстановки с пожарами в городах и сельской местности, в динамическом и территориальном аспектах. Это требует применения для управления ресурсами противопожарной службы Вьетнама новых моделей и методов, учитывающих территориально-динамические особенности не только пожарной обстановки, но и параметров деятельности ее подразделений в округах.

В главе проведен анализ организационной структуры системы управления пожарной охраной и аварийно-спасательными службами Вьетнама, а также задач управления пожарными рисками в стране. Делается вывод, что для эффективного описания механизмов управления пожарными рисками перспективными являются методы и модели теории активных систем.

Во второй главе "Концептуальные подходы к управлению пожарными рисками на основе теории активных систем" рассмотрены двухуровневые структуры управления территориальной пожарной безопасностью: верхний -Центр, роль которого выполняет Главное управление пожарной охраной и аварийно-спасательными службами в СРВ, нижний - подразделения противопожарной службы округов.

В рамках данного представления рассмотрен округ Вьетнама, в провинциях которого функционируют п хозяйственных объектов (предприятий, учреждений и т.п.), деятельность которых может привести к возникновению пожаров, и, как следствие, уменьшить уровень пожарной безопасности округа.

Центр располагает полномочиями по применению различных организационно - экономических механизмов, направленных на снижение риска.

Пусть эффективность функционирования г'-го предприятия определяется получаемой им прибылью, записываемой в виде:

/.=с,.и,.-г,(и,),<елг, (2)

где и,■ - объем продукции (услуг), выпускаемой (оказываемых) 1-м предприятием; с, - цена продукции (услуг), выпускаемой (оказываемых) 1-й предприятием, учреждением; г/и^ - затраты предприятия на выпуск продукции (оказание услуг) в объеме и,.

Вероятность возникновения пожара на 1-ом предприятии определим как х¡. вероятность его функционирования без пожаров - По определению, х,+у,=1.

Очевидно, что механизмы обеспечения пожарной безопасности предприятий должны быть настроены в соответствии с реальным уровнем риска: я",=я;/ху) или С учётом обязательных выплат и штрафов, прибыль,

остающаяся в распоряжении предприятия, учреждения, записывается как

f = с,", - (и,-)- (x,)>1 eN- (3)

Допустим, что я; - размер штрафов за превышение допустимого уровня пожарного риска Zi, определяется выражением:

, , Г кЛхЛ, если х; > у, */(*/.*,-)=„' ' ,ieN. (4)

[О, если х, < Xi

Считая, что уровень пожарного риска, вызываемый деятельностью i-го предприятия, зависит от объема выпуска и, и объема средств v„ направляемых на совершенствование противопожарной технологии, предупреждение возникновения пожарных ситуаций, укрепление производственной и технологической дисциплины в области пожарной безопасности, примем:

fi = см, ~ (*;)-' ieN. (5)

Исходя из общего описания модели управления пожарными рисками на основе принципов теории активных систем (4) и вводя гипотезу рационального правонарушителя, описана математическая модель оценки вероятности возникновения пожаров на хозяйственных объектах, предприятиях и учреждениях в зависимости от экономических и административно-правовых факторов, определяющих долю нарушителей требований пожарной безопасности среди собственников объектов.

Модель, ввиду большой сложности получения статистических данных во Вьетнаме, апробирована на данных ГПС по г. Воронежу за 2000-2010 гг., на основе чего выведено соотношение о динамике вероятности возникновения пожаров p(t) на хозяйственных объектах города в виде:

= Р„ + М'о ) ехр[- Mf - i0 )]= 0,020 + 0,029 ехр[- 0,45 5(/ - г0 )], (6) где t измеряется в годах; рр(1а) - вероятность возникновения пожаров за счет профилактируемых ГПС факторов на хозяйственных объектах г. Воронежа в 2000 г-> -Р,.(го) = 0,029 ; Л =0,455. При сравнении расчетных данных по формуле (6) с данными статистики ГПС по г. Воронежу показатель квадрата корреляции R2 составляет 0,95, что свидетельствует о корректности применения данной модели для прогностических расчетов динамики вероятности возникновения пожаров на хозяйственных объектах. Очевидно, что применительно к городам и округам Вьетнама параметры модели (6) будут другими, но обший подход к оценке вероятности пожаров в этой стране остается таким же.

В третьей главе "Применение комплекса математических моделей в управлении пожарными рисками" рассмотрен математический аппарат статистического анализа территориально-временных зависимостей пожарных рисков на хозяйственных объектах и в жилом секторе в провинциях СРВ от

социально-экономических, административно-правовых и климатических факторов. Территориально-временные данные собраны по 63 провинциям Вьетнама в период 2001-2011 гг. Они позволили в каждый момент времени (год) изучить характеристики пространственного типа по каждому объекту (провинции), построить более гибкие и содержательные модели пожарного риска и получить ответы на вопросы о его детерминантах, которые недоступны только в рамках, например, моделей, основанных на пространственных данных.

Предположено, что вероятность возникновения пожаров на объектах надзора описывается следующей моделью со случайными эффектами в зависимости от социально-экономических, административно-правовых и климатических провинциальных факторов:

= + (7)

где: нижние индексы / и / обозначают номер провинции и год, соответственно; зависимая переменная Рш - вероятность возникновения пожара на хозяйственных объектах в г'-ой провинции Вьетнама в течение Г-го года.

Получены результаты идентификации параметров первой модели регрессионного анализа (7) с применением пакета прикладных программ БШа, версия 12, которые представлены в таблице 1.

Таблица 1.

Результаты регрессионного анализа территориально-временных данных для оценки вероятности пожара на хозяйственных объектах в провинциях Вьетнама

Детерминанты Модель 1 Рщ - вероятность пожара на хозяйственных объектах в 1-ый год в ¿-ой провинции; %

V!,, - средний ущерб в год на 1 пожар в хозяйственном секторе, тыс. долларов а, = 0.001803

£/_>,, - доля объектов первого класса пожарной опасности для хозяйственных объектов, % а2 = 0.0192131

Ь'з,, - доля объектов второго класса пожарной опасности для хозяйственных объектов, % о, = 0.0125936

Ьг4и - доля объектов третьего класса пожарной опасности для хозяйственных объектов, % 0

иц, - ежемесячный средний доход за сотрудника в государственном секторе, долл. а5=- 0.0194254

1>би - доля городского населения, % аб= 0.0105786

Ь'л, - среднее количество погибших на 1 пожар в хозяйственном секторе, чел. а7= 0.7420979

Окончание таблицы 1

иsn - средняя температура января, С as= 0.0874187

Ufa - средняя температура июля, "С аР =0.2864767

Via, - среднее количество осадков в январе, мм а,о= - 0.0019566

Uш, - среднее количество осадков в июле, мм. а,,= - 0.002316

Ui2i, - средний размер штрафа первого класса пожарной опасности в хозяйственном секторе, тыс. долларов а,2=- 1.900406

Ui3i, - средний размер штрафа второго класса пожарной опасности в хозяйственном секторе, тыс. долларов а,3= - 0.0754764

U14,, - средний размер штрафа третьего класса пожарной опасности в хозяйственном секторе, тыс. долларов а„=- 1.564641

Const1 - 4.662884

Статистика Вальда говорит о том, что для модели 1 на долю влияния рассмотренных факторов приходится 75 % вариации зависимой переменной.

Были также определены детерминанты пожарных рисков в жилом секторе в провинциях Вьетнама, путем выявления их зависимости от статистически регистрируемых социально-экономических и климатических факторов.

Полагая, что вероятность Р,а пожара на объектах жилого сектора в /-ый год в г'-ой провинции является линейной функцией от различных факторов, построим линейную модель со случайными эффектами для описания пожарных рисков в зависимости от набора социально-экономических и климатических факторов:

Ри2 = Ш\^-Уш + СотиЛ2, (8)

Для вероятности Р н2 получены коэффициенты её линейной зависимости от набора территориально-временных переменных. В таблице 2 представлены результаты оценки параметров второй модели регрессионного анализа данных, выполненного на базе пакета прикладных программ Б1а1а.

Таблица 2

Результаты регрессионного анализа территориально-временных данных для оценки вероятности пожара в жилом секторе в провинциях Вьетнама

Факторы Модель 2

Ри2 - вероятность пожара на объектах жилого сектора в I-ый год в ¿-ой провинции, %

У и, - средний ущерб в год на 1 пожар в жилом секторе, тыс. долл. с, = -0.000019

Г?,, - доля электрифицированного жилья, % С,= 8.29-10"'

Ул, - среднее количество погибших в жилом секторе на I пожар, чел. с3 = - 0.0020888

К»,, - ежемесячный средний доход сотрудника в государственном секторе, долл. с4 = 5.80 ■ Ю-6

¥ц, - доля городского населения; % с, = 0.0000423

У6„ - средняя температура января, °С с6= -1.89-104'

У?„ - средняя температура июля, иС с? = - 0.0000994

Окончание таблицы 2

Vsi, - среднее количество осадков в январе, мм с„ = 3.76 • Ю-6

V9i, - среднее количество осадков в июле, мм сР= 7.5 МО-7

Cotisti 0.0047793

Статистика теста Вальда свидетельствует о том, что для модели 2 на долю влияния рассмотренных факторов приходится 68% вариации зависимой переменной.

В третьей главе также рассмотрены модели динамической зависимости влияния противопожарной службы на состояние пожарной безопасности. В частности, смоделирована зависимость от времени такой переменной, как отношение числа пожаров на одного пожарного во Вьетнаме в целом. Это отношение выступает показателем нагрузки на противопожарную службу, назовем его удельной нагрузкой по пожарам (УНП). На рисунке 7 показана динамика УНП в период с 2003 по 2012 годы.

Из анализа рис. 7 следует, что снижающаяся удельная нагрузка по пожарам достаточно хорошо описывается полиномом второго порядка:

А = 0,0018-Г- 0,055-^+0,54. (9)

При этом квадрат коэффициента корреляции равен 0,89, что свидетельствует об очень высокой объясняемости реальных данных полиномиальной моделью (9).

Между тем, и более простые модели дают весьма высокую объясняемость. Например, логарифмическая:

И = -0,144-/и (0+0,523 (10)

с квадратом коэффициента корреляции, равным 0,86.

* 2013 г.

* Прогноз на 2014-2015 гг.

Годы. (

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015

Рис. 7. Динамика УНП во Вьетнаме с 2003 по 2012 годы (полиномиальная модель)

Рассмотрены и другие удельные показатели. Одним из важнейших удельных показателей выступает экономический ущерб от пожара, приходящийся на одного пожарного. Назовем его удельным показателем экономического ущерба от пожаров (УПЭУП).

На рис. 8 приведен УПЭУП по Вьетнаму в целом в период 2001-2012 годы, описываемая экспоненциальной моделью:

е=\,\6-ехрф,\Ш), (11)

с объясняемостью 82%.

о

1

12,000 10.000 8.000 6.000 4.000 2.000 0.000

★ 2013 г.

Прогноз на 2014-2015 гг.

= 1.16«г»(0.144*) 0.82

ггЕ гтт

Годы. (

2001200220032004 2005 200620072008200920102011 2012201320142015 Рис. 8. Динамика УПЭУП во Вьетнаме с 2001 по 2012 годы (экспоненциальная модель)с

Исключительно важным и статистически надежным является показатель числа погибших от пожара, приходящихся на одного пожарного. Назовем его удельным показателем по числу погибших на пожарах (УППП).

На рис. 9 приведена УППП во Вьетнаме в целом в период 2002-2012 годы, описываемая логарифмической моделью с точностью 90%:

й? = -0,0 Нл (У+0,028. (12)

0.035

★ 20131 4 Прогноз на 2014-2015 гг.

Ф Годы. /

2002 2003 2004 2005 2006 200" 2008 2009 2010 20112012 2013 2014 2015

Рис.9. Динамика УППП на пожарах во Вьетнаме с 2002 по 2012 годы (логарифмическая

модель)

Сходная картина наблюдается применительно к динамике такого показателя, как удельный показатель по числу травмированных на пожарах - УПТП.

Экспоненциальная модель с точностью 87% объясняет динамику УПТП во Вьетнаме:

и> = 0,06- (13)

В третье главе показано, что эффективное решение задач управления ресурсами противопожарной службы связано не только с надежными обоснованными прогнозами обстановки с пожарами и их последствиями, но и с пониманием того, как связаны показатели деятельности указанной службы с параметрами пожарной безопасности во времени и в территориальном аспекте.

Рассмотрим, как связана удельная нагрузка по пожарам во Вьетнаме в целом с введенными в предыдущем разделе удельными нагрузками по экономическому ущербу, числу погибших и травмированных на пожарах. На рис. 10 показаны эмпирические данные и теоретическое описание взаимосвязи УПЭУП от УНП во Вьетнаме за 12 лет в период с 2001 по 2012 годы.

10

9

г ®

| а 8 «

с с

* 2

* 2013 г.

V * Прогноз на 2014-2015 гг.

ч

ф

ж* * <■ = 9.03ехрГ-3.14»)

«'= «Л

♦

Удельная нагрузки по пожарам. Ь

0.0

0.6

0.1 0.2 0,3 0,4 0,5

Рис. 10. Эмпирические данные и теоретическое описание связи УПЭУП от УНП во Вьетнаме в 2001 по 2012 г.г. (экспоненциальная модель) Как видно из рис. 10, прослеживается следующая тенденция - чем выше удельная нагрузка по пожарам, тем ниже удельная нагрузка по экономическому ущербу. Эта зависимость описывается экспоненциальной кривой (объясняемость - 74%):

е = 9,03ехр(-3,14/г). (14)

В третьей главе также рассмотрена зависимость удельных нагрузок по погибшим и травмированным на пожарах от удельной нагрузки по пожарам.

Из представленных в главе модельных результатов можно сделать важный вывод о том, что предложенные модели с достаточной точностью описывают связи удельных нагрузок по пожарам, экономическому ущербу, погибшим и травмированным на пожарах, что дает возможность в зависимости от обеспеченности противопожарной службы подготовленным персоналом:

• осуществлять краткосрочное (1-3 года) прогнозирование экономического ущерба от пожаров, а также по числу погибших и травмированных на пожарах;

• оценивать последствия пожаров по экономическому ущербу, числу погибших и травмированных на пожарах;

• обосновывать и ставить задачи оптимального территориально-динамического распределения кадровых ресурсов противопожарной службы с целью минимизации экономического ущерба от пожаров, а также числа погибших и травмированных на пожарах в масштабах страны.

В главе описываются задачи оптимального обеспечения противопожарной службы кадровыми ресурсами, а также результаты критериального управления их территориальным распределением.

При постановке задач ограничимся двухуровневой системой - "Республика -Округ", которая рассматривается как основной "строительный блок" более сложных кадровых систем противопожарный службы.

Общая форма зависимости вектора выходных переменных от вектора входных переменных и вектора кадровых ресурсов имеет вид:

V = V (Я,Х), (15)

при этом выполняется условие:

= До, (16)

где К - общее число подразделений противопожарной службы, подчиненных единому Центру; Л, - кадровый ресурс 1-го подразделения, г = 1, 2,... К; Д0 -общий ресурс всех К подразделений.

На рис. 11 дано представление процесса оперативно-служебной деятельности кадровых подсистем противопожарной службы в терминах "вход - ресурсы -выход".

Входной

Выходной

Рис. 11. Представление процесса оперативно-служебной деятельности кадровых подсистем противопожарной службы в терминах "вход - ресурсы - выход"

На конкретных примерах деятельности противопожарной службы в главе рассмотрены различные варианты конструирования критериев оптимальности, сформулированы задачи управления кадровыми ресурсами противопожарной службы в динамическом и территориальном аспектах.

Основываясь на подходах теории активных систем, остановимся на представлении некоторой целевой функции для противопожарной службы к-го округа Вьетнама в виде:

щ = <pk (Fh Rh у0, (17)

где F): - число пожаров в к-ом округе страны; fk — вектор параметров, характеризующих эффективность использования кадровых ресурсов в к-ом округе страны.

Примем, что функция (17) монотонно растет в области 0<Rk<°о то есть, чем больше обеспеченность противопожарной службы округа кадровыми ресурсами, тем больше целевая функция, причем функция ограничена сверху:

<Рк (Fb Rh Ук> =Ак = const, (18)

Целевая функция общей системы противопожарной службы Вьетнама определяется целевыми функциями ее территориальных подразделений и может быть записана в виде их суммы:

= (19)

Задача распределения кадровых ресурсов в условиях, когда известна зависимость (Fh Rk, Ук) и определены параметры уЦ, имеет вид следующей задачи оптимизации:

Фч = <PktFk,Rk,Yk) - max (R) (20)

с ограничением на количество кадровых ресурсов:

Я£?Дк=я. (21)

Принцип, реализованный в данной постановке задачи распределения кадровых ресурсов противопожарной службы, является принципом оптимального распределения.

Рассмотрим применительно к аналитической зависимости (14), отражающей связь удельной нагрузки по экономическому ущербу от пожаров с удельной нагрузкой по пожарам, следующую целевую функцию:

<Pk = 9,03 [1- exp(-3,\4 hij]. (22)

Она имеет следующий графический вид (рис.12).

Очевидно, что целевая функция (22) по существу является "зеркальным отражением" функции связи УПЭУП с УНП.

Нетрудно видеть, что функция (22) является монотонно возрастающей, и при hk -» оо срк 9,03.

Рис.12. Целевая функция противопожарной службы, отражающая зависимость УПЭУП от УНП

С целью получения аналитических зависимостей для оптимального распределения кадровых ресурсов упростим выражение (22), предположив, что отношение Ъ,\4 Ьк достаточно мало (оно в исследуемом диапазоне меняется в пределах от 0 до 0,9). Тогда задача оптимального распределения кадровых ресурсов между К подразделениями противопожарной службы ставится в виде:

Фц- -» max, (23)

1£?Як = й. (24)

Задача решена методом множителей Лагранжа. Оптимальное решение имеет

вид:

^к(опт1) — R 1 ук=к

(25)

Показано, что принцип оптимального распределения кадровых ресурсов -самый выигрышный по сравнению с другими вариантами (по принципу "от достигнутого" и пропорционального распределения).

Вычислительные эксперименты свидетельствуют, что использование методики оптимального распределения кадровых ресурсов в соответствии с (25) позволило бы сократить экономический ущерб от пожаров примерно на 15% по сравнению с реальной ситуацией их распределения по округам Вьетнама.

Сделан вывод, что функции, подобные (25), можно построить и для удельной нагрузки по погибшим и травмированным при пожарах. Кроме того, имея соответствующую экспертную информацию, возможно, построить комплексный критерий оптимального распределения кадровых ресурсов противопожарной службы. При этом возможно учесть в округах страны разницу в параметрах моделей, а также различие в материально-техническом оснащении территорий.

Предложенные в диссертации методики управления кадровыми ресурсами на основе теории активных, систем можно приложить к расчетам применительно к провинциям Вьетнама, а также с учетом предлагаемых методов прогнозирования пожарных рисков и для решения задач динамического распределения ресурсов по территории страны.

В заключении приведен анализ результатов, полученных в работе. Основные выводы заключаются в следующем.

1. Цель диссертационной работы, основным смыслом которой является разработка и исследование современного комплекса математических моделей и методов управления пожарными рисками во Вьетнаме, обеспечивающих повышение уровня пожарной безопасности объектов страны при ограничениях на ресурсное обеспечения служб и подразделений противопожарной службы, достигнута.

2. В условиях развития негативных факторов, сказывающихся на пожарной безопасности Вьетнама, возникла необходимость создания новых методов и моделей анализа, прогнозирования пожарных рисков и управления ими. Перспективным направлением в этой связи стало применение принципов, научного базиса, моделей управления теории активных систем, которые учитывают сложные взаимодействия между иерархическими уровнями управленческой структуры противопожарной службы страны.

3. Для разработки современного инструментария и обоснования современных подходов к управлению рисками потребовался углубленный анализ их территориально-динамических характеристик, потребовавший использования современных методов анализа территориально-временных данных.

4. Названные методы и подходы позволили создать комплекс математических моделей, дающих возможность:

• проводить более целенаправленный структурно-динамический анализ временных и территориальных особенностей пожарных рисков;

• осуществлять прогнозирование целого ряда характеристик системы пожарной безопасности с учетом влияния на нее деятельности подразделений противопожарной службы;

• реализовать критериальное управление кадровыми ресурсами противопожарной службы.

5. В диссертации для Главного управления пожарной охраны и аварийно-спасательной службы Вьетнама созданы современные аналитические и управленческие инструменты совершенствования деятельности по сокращению количества пожаров и ущерба от них за счёт применения новейших методов управления пожарными рисками на основе комплекса математических моделей.

6. Работа имеет перспективы своего развития, связанные с детализацией пожарных рисков, иерархии управленческой структуры противопожарной службы, факторов, определяющих пожарную безопасность во Вьетнаме, учетом более сложных взаимодействий комплекса "пожарные риски - пожары - ресурсы противопожарной службы" в соответствующих математических моделях анализа, прогнозирования и управления.

7. Дальнейшие направления исследований должны сосредоточиться на решении задач векторной оптимизации распределения кадровых ресурсов, выработке комплексных критериев управления кадровыми ресурсами противопожарной службы Вьетнама, позволяющих оценивать деятельность её подразделений как в стабильных условиях функционирования, так и при существенных изменениях пожарной обстановки.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в журналах, периодических изданиях, включенных в список ВАК РФ:

1. Чу Куок Минь. Оценка вероятности возникновения пожаров при нарушениях требований пожарной безопасности / В.А. Минаев, С.Н. Тростянский, Чу Куок Минь // Технологии техносферной безопасности: интернет-журнал. 2013, №5 (51). (0,5 п.л).

2. Чу Куок Минь. Показатели пожарной безопасности и вероятность возникновения пожаров: моделирование взаимосвязи / В.А. Минаев, Чу Куок Минь, [и др.] // Технологии техносферной безопасности: интернет-журнал. 2013, №6 (52). (0,5 п.л).

3. Чу Куок Минь. Снижение пожарных рисков с использованием теории активных систем / В.А. Минаев, Н.Г. Топольский, Чу Куок Минь // Технологии техносферной безопасности: интернет-журнал. 2014, №4 (56). (0,5 п.л).

4. Чу Куок Минь. Управление пожарными рисками с использованием теории активных систем / В.А. Минаев, Н.Г. Топольский, Чу Куок Минь // Научный журнал «Пожары и ЧС» выпуск №4 за 2014 г. с. 59-66.

5. Чу Куок Минь. Учёт территориальных особенностей пожарных рисков на основе методов теории активных систем / В.А. Минаев, Н.Г. Топольский, Чу Куок Минь // Журнал «Спецтехника и связь» выпуск №2 за 2015 г. с. 34-37.

6. Чу Куок Минь. Оценка пожарных рисков в округах Вьетнама в 2001-2012 гг. / Чу Куок Минь // Технологии техносферной безопасности: интернет-журнал. 2015, №1 (59). (0,3 п.л).

Статьи, публикации в сборниках конференций:

7. Чу Куок Минь. Моделирование вероятности возникновения пожаров с учетом факторов нарушений пожарной безопасности собственниками объектов / В.А. Минаев, Чу Куок Минь, [и др.] // Материалы международной научной конференции «Цивилизация знаний: проблемы и смыслы образования». РосНОУ, 26-27 апреля 2013 г., Часть I - М.: Российский новый университет, 2013. с. 506511.

8. Чу Куок Минь. Управление пожарными рисками во Вьетнаме на основе теории активных систем / В.А. Минаев, Чу Куок Минь // Материалы международной научно-практической конференции «Комплексные проблемы техносферной безопасности». - Воронежский государственный технический университет, 2014. с. 104-109.

9. Чу Куок Минь. Обшая характеристика пожаров и взрывов во Вьетнаме за период с 2002 года по сентябрь 2012 года / Чу Куок Минь // Материалы второй международной научно-практических конференциях молодых учёных и специалистов «Проблемы техносферной безопасности»,- М.: Академия ГПС МЧС России, -2013. с. 37-38.

10. Чу Куок Минь. Повышение деятельности по обеспечению пожарной безопасности на рынках и торговых центрах во Вьетнаме / Чу Куок Минь, Нго Ван Нам // Материалы третьей международной научно-практических конференциях молодых учёных и специалистов «Проблемы техносферной безопасности»,- М.: Академия ГПС МЧС России, -2014. с. 120-121.

11. Чу Куок Минь. Анализ пожарных рисков во Вьетнаме в период 2001-2012 гт. / Чу Куок Минь // Материалы четвертой международной научно-практических конференциях молодых учёных и специалистов «Проблемы техносферной безопасности».-М.: Академия ГПС МЧС России, -2015. с. 28-30.

12. Чу Куок Минь. Снижение пожарных рисков на рынках и торговых центрах во Вьетнаме / Чу Куок Минь // Материалы международной заочной научно-практической конференции: «Проблемы обеспечения безопасности людей при пожаре и взрыве».- Командно-инженерный институт МЧС Республики Беларусь, 2014 г. с. 59-60.

13. Чу Куок Минь. Оценка пожарных рисков во Вьетнаме за период с 2001 года по 2012 год / Чу Куок Минь // Материалы международной заочной научно-практической конференции: «Проблемы обеспечения безопасности людей при пожаре и взрыве».- Командно-инженерный институт МЧС Республики Беларусь, 2014 г. с. 57-58.

14. Чу Куок Минь. Управление пожарными рисками во Вьетнаме на основе теории активных систем / В.А. Минаев, Чу Куок Минь // Материалы 1Х-ой

международной научно-практической конференции: «Пожарная и аварийная безопасность». - Ивановский институт ГПС МЧС России, 2014 г. с 73-79.

15. Чу Куок Минь. Снижение пожарных рисков на рынках и торговых центрах во Вьетнаме / В.А. Минаев, Чу Куок Минь // Материалы 1Х-ой международной научно-практической конференции: «Пожарная и аварийная безопасность». - Ивановский институт ГПС МЧС России, 2014 г. с 111.

15 - - 9 6 1(1

Подписано в печать 05.08.2015г.

Усл.п-л. -1.0 Заказ № 28558 Тираж: 100 экз.

Копицентр «ЧЕРТЕЖ.ру» ИНН 7701723201 107023, Москва, ул.Б.Семеновская 11, стр.12 (495)542-7389 www.chertez.ru

2015673853

2015673853