Ежегодно во всем мире происходит огромное количество наводнений, которые приносят колоссальный материальный ущерб, ущерб здоровью и жизнедеятельности населения и окружающей природной среде.
Наводнение — это значительное затопление водой местности в результате подъема уровня воды в реке, водохранилище, озере или море, вызванное обильным притоком воды в период снеготаяния или ливней, ветровых нагонов воды, а также при заторах, зажорах и иных явлениях. Наводнение является опасным природным явлением, возможным источником чрезвычайной ситуации, если затопление водой местности причиняет материальный ущерб, наносит урон здоровью населения или приводит к гибели людей, сельскохозяйственных животных и растений. По повторяемости, площади распространения и суммарному среднегодовому материальному ущербу наводнения на территории Российской Федерации занимают первое место в ряде стихийных бедствий, а по количеству человеческих жертв и удельному материальному ущербу (ущербу, приходящемуся на единицу пораженной площади) — второе место после землетрясений. [1]
Ликвидация последствий крупномасштабных и локальных наводнений в своевременных условиях является одной из важнейших проблем нашей цивилизации. Ежегодно во всем мире происходит огромное количество ЧС, связанных с наводнениями. При этом частота этих подобных ЧС природного характера возрастает с ростом темпа производственной деятельности человека. Во многих источниках литературы приводятся данные об увеличении, как количества наводнений, так и количества пострадавших и погибших людей в этих ситуациях, а также причиненного материального ущерба. По данным ЮНЕСКО[1], наибольший ущерб человечеству приносят природные катаклизмы и стихийные бедствия в виде наводнений.
Стоит упомянуть, что ЧС, связанные с наводнениями, сопровождаются не только материальными, но и огромными людскими потерями, поэтому в условиях наводнений очень важно быстро и правильно принять решение по ликвидации последствий наводнений. Процесс принятия решений по ликвидации наводнений и их последствий характеризуется недостатком времени, неполнотой и плохим качеством представления информации, необходимой для принятия решений [2].
В силу вышеизложенного, создание систем оперативного управления и ликвидации наводнений является весьма актуальной проблемой.
Безусловно, вопросами разработки систем поддержки принятий решений и геоинформационных моделей занимались многие ученые. Но, несмотря на это вопросам динамического моделирования процессов оперативного управления ликвидацией наводнений уделено недостаточное внимание, что в конечном итоге снижает эффективность вышеупомянутых систем и как следствие снижает научную обоснованность принимаемых решений по ликвидации ЧС, связанных с наводнениями.
Чрезвычайная ситуация [4] — это обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы, стихийного или иного бедствия, которые могут повлечь или повлекли за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей среде, значительные материальные потери и нарушение условий жизнедеятельности людей. Если не принять своевременно превентивные (упреждающие) меры по предупреждению и ликвидации ЧС, в частности при наводнениях, то ущерб от их возникновения может быть настолько велик, что может вызвать социально-экономическую и даже политическую дестабилизацию на территории того или иного государства. Наводнения сопровождается не только материальными, но и огромными людскими потерями, поэтому в условиях наводнений очень важно быстро и правильно принять решение по ликвидации последствий ЧС, связанные с наводнениями.
Сложность решения данной проблемы заключается в ее многогранности, так как требует рассмотрения в комплексе различных аспектов: управленческих, информационных, кадровых, социально-экономических, организационных, технических, психологических и т. д. Попытка совместного рассмотрения этих проблем требует в свою очередь разработки новых концепций с использованием современных достижений научной мысли. Разработка научных основ поведения и организации управляемых сложных систем, в частности человеко-машинных систем, в экстремальных (чрезвычайных, критических, кризисных) ситуациях является одной из важнейших научных проблем [2].
Задача анализа поведения управляемых сложных систем в условиях неопределенности, характерных для ЧС, относится к категории трудноформализуемых задач. А поэтому одним из основных методов исследования является метод моделирования.
Моделирование — исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение моделей реально существующих объектов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя.
Математическая модель — математическое представление реальности, один из вариантов модели, как системы, исследование которой позволяет получать информацию о некоторой другой системе.
Математическое моделирование — это процесс построения и изучения математических моделей [3].
Моделирование как средство описания и исследования, в силу своей универсальности и высокой эффективности, является широко признанным методом анализа и синтеза, оптимизации и проектирования сложных динамических систем, содержащих слабо формализуемые элементы. Поэтому идея динамического моделирования достаточно корректна и перспективна. Моделирование при управлении сложными объектами различной физической природы, функционирующими, как правило, в условиях неопределенности, позволяет существенно повысить эффективность управления за счет того, что, моделируя возможные ситуации и их развитие при выборе управляющего воздействия, учитывает результаты прогнозов. Предвидение возможных путей развития ситуаций и использование этих знаний при управлении особенно важно, когда степень неопределенности при описании самого объекта управления, внешней среды и алгоритмов управления достаточно высока.
Основная задача моделирования процессов ликвидации ЧС, связанных с наводнениями, состоит
− во всестороннем изучении и описании ЧС, связанной с наводнениями, как сложного объекта управления;
− в выявлении характеристик системы управления (далее — СУ);
− в анализе подсистем разного уровня и всей системы в целом при взаимодействии с внешней средой и другими подсистемами в процессе достижения основной цели (т. е. ликвидации наводнения)$
− в разработке моделей системы и синтезе алгоритмов управления.
Трудность решения задачи моделирования, управления в ЧС, связанной с наводнениями, вызвана тем, что характер развития данного вида ЧС является сугубо индивидуальным. А непосредственно развитие наводнения происходит в условиях неопределенности, когда не известны требуемые темпы ликвидации таких ЧС, необходимый объем ресурсов, уровень сложности выполняемых работ. Также достаточно мало информации о характере развития наводнений, о возможных условиях, когда наводнение может перейти в ситуацию с катастрофическими последствиями. Возникает проблема, каким образом распределять ресурсы при их ограниченности между функциональными подразделениями (далее — ФП) по ликвидации последствий наводнения и с какими темпами обеспечить своевременную доставку этих ресурсов. Таким образом, объектом научных исследований должна быть не только сама ЧС, связанная с наводнением, ее характеристики и свойства как объекта управления, но и сам процесс организации управления в данной ЧС.
При разработке модели системной организации процесса управления ликвидацией наводнения необходимо придерживаться следующими принципами и концепциями:
- Принцип управления по возмущению позволяет построить в системе дополнительный информационно-управляющий канал, в котором формируется дополнительное управляющее воздействие в виде комплекса превентивных мер, направленных на компенсацию возможных последствий, вызванных действием возмущающих факторов. Такой подход особенно эффективен, если возможные возмущающие факторы хорошо прогнозируются, и имеется возможность оценки последствий от воздействия этих факторов.
- Принцип комплексно-целевого планирования ориентирован на оценку эффективности распределения планируемых ресурсов и направленных на достижение конечной цели.
- Принцип саморазвития. Для реализации этого принципа в информационно-управляющей системе необходима компьютерная интеграция знаний о прошлых, настоящих и будущих наводнениях, а также знания о законах развития динамических систем, которые отражают закономерности качественных изменений в системах в процессе реализации их жизненного цикла.
Реализация принципа самообучения требует построения трехуровневой системы, в которой на верхнем уровне в результате анализа располагаемых знаний, опыта, текущего состояния системы и внешней среды формируется новая модель функционирования (поведения) системы, адекватная возникшей ситуации. В дальнейшем уже на втором уровне управления (уровне адаптации) решается задача адаптации системы в новой ситуации по новой модели ее функционирования.
- Ситуационное управление, когда принятие управленческого решения осуществляется только на основе анализа текущей информации о состоянии системы и внешней среды. Эта концепция используется для управления в чрезвычайных (нештатных) ситуациях. Ситуационное управление предусматривает такую организацию системы, которая позволяет всесторонне анализировать возникшую ЧС, связанную с внутренним состоянием системы и состоянием внешней среды, и по результатам этого анализа формировать такие управляющие воздействия на систему, реализация которых обеспечивает ее эффективное функционирование в данной ситуации. Эффективность систем управления, построенных по данному принципу, проявляется при оперативном управлении в условиях неопределенности, дефицита ресурсов, характерных для ЧС, связанных с наводнениями, обуславливается использованием интеллектуальных алгоритмов управления. Формирование интеллектуального управления осуществляется на основе компьютерной интеграции знаний благодаря систематизации и структуризации знаний в различных предметных областях. Эти знания в дальнейшем используются для принятия решений как отдельными подсистемами (агентами), так и лицами, принимающими решения.
- Адаптивное управление по моделям, в качестве которых могут выступать:
− типовые ситуации,
− динамические модели,
− сценарии развития ситуации,
− прецеденты, как сценарии ликвидации последствий наводнений,
− инструкции по поведению в уже известных ситуациях.
Эта концепция позволяет быстро адаптироваться к изменяющейся ситуации. Принцип адаптивного управления по модели порождает двухуровневую структуру системы и основан на сравнении текущего состояния объекта управления с состоянием, определяемым моделью функционирования системы, которая отражает желаемое поведение системы. В соответствии с этим отклонением формируются управленческие решения. Управление по модели придает системе свойство адаптации. Иногда принцип адаптивного управления системы связывают с принципом самоорганизации. В широком смысле принцип самоорганизации предусматривает возможность изменения организационной структуры как всей системы в целом, так и ее отдельных подсистем. При этом также предусматривается возможность изменения отношений (связей) между подсистемами (агентами). Принцип самоорганизации широко используется в мультиагентных системах.
Мультиагентная система — это такая форма самоорганизации систем, когда сложная система состоит из множества автономных активных элементов (агентов), которые могут самостоятельно:
− формировать индивидуальную цель и согласовывать ее с глобальной целью;
− ставить и решать задачи по достижению цели;
− выполнять отдельные функции;
− ориентироваться в среде и принимать решения;
− устанавливать связь с другими агентами, обмениваться с ними информацией, вести переговоры, совещаться, кооперироваться;
− обладать мобильностью.
Агенты могут быть реализованы в виде отдельных программ в информационных и вычислительных системах, в виде отдельных элементов модели ликвидации наводнения и т. д. Мультиагентные системы относятся к классу распределенных интеллектуальных систем. Распараллеливание процессов выполнения функций и решения задач с помощью агентов значительно сокращает время достижения цели, позволяет легче решать задачи самоорганизации систем. Агенты могут временно кооперироваться в самые различные организационные структуры. В мультиагентных системах реализуются принципы адаптации, самоорганизации, координации, оптимизации, интеллектуализации [2].
Рассмотрим организационно-функциональную структуру системы оперативного управления в ЧС.
Все функциональные подсистемы как активные агенты обмениваются со штабом, в первую очередь, оперативной информацией. При этом штаб координирует действия ФП:
− корректирует планы работ ФП;
− обеспечивает их необходимыми ресурсами (трудовыми, материально-техническими и т. д.) для выполнения этих работ.
ФП дают штабу оперативную информацию о результатах выполненных работ и об их влиянии на изменение состояния наводнения, а также о необходимых дополнительных ресурсах для дальнейших работ. Здесь наводнение рассматривается как организационный объект управления, для перевода которого из текущего в другое, более благоприятное состояние требуется осуществление ряда организационных мер в виде выполнения некоторого объема работ с требуемым темпом.
В ходе ликвидации последствий наводнения возникают две организационные задачи. С одной стороны, необходима координация действий ФП со стороны штаба. С другой стороны необходима координация действий аэромобильных группировок (далее — АМГ) как функциональных агентов, входящих в состав ФП, со стороны руководителя ФП.
При этом под управлением процессом ликвидации последствий наводнения понимаются целенаправленные действия, которые выполняют АМГ и включают в себя:
− сбор информации о развитии наводнения, об объеме, характере и сроках проведения необходимых работ по ликвидации наводнения и его последствиях, о располагаемых ресурсах, планирование и распределение этих работ;
− принятие решений по управлению;
− доведение информации до всех АМГ и контроль за реализацией принятых решений;
− четкость координации и управления действиями всех АМГ и технических средств, особенно на первых этапах развития наводнения;
− использование эффективной технологии выполнения работ, направленной на сбережение ресурсов, быструю ликвидацию последствий наводнения или защиту населения и потенциально опасных объектов;
− оперативность как способность немедленно приступить к ликвидации последствий наводнения и локализации источников наводнения, а также к проведению поисково-спасательных работ;
− наличие единой разветвленной сети связи и оповещения в зонах возможных затоплений на основе как стационарных, так и передвижных средств связи;
− наличие в ФП и АМГ специалистов по работе с личным составом, обеспечивающих контроль за морально-психологическим состоянием ликвидаторов, так и местного населения;
− наличие мобильных транспортных средств и средств оказания первой помощи; наличие АМГ, отвечающей за охрану мест, из которых эвакуировано население;
− наличие у ликвидаторов эффективных средств индивидуальной защиты и возможность их использования.
Для ликвидации последствий наводнения как сложного динамического объекта требуется создание гибких управленческих структур. Особенностью системы оперативного управления при ликвидации последствий наводнения является то, что под командованием руководителя ФП из АМГ могут образовываться различные управленческие структуры. Эффективность и возможность каждой из организационных структур может быть оценена заранее на основе компьютерного моделирования для различных реально возможных ситуаций. Это дает принципиальную возможность повышения эффективности информационной системы поддержки принятия решений, также и в ходе ликвидации последствий наводнения за счет оперативного проведения расчетов на основе реальных параметров развития данной ЧС. В этой системе реализован принцип распараллеливания процесса выполнения функций по управлению и ликвидации последствий наводнения. Реализация этого принципа позволяет значительно повысить эффективность системы управления, сократить время на достижение глобальной цели.
Технологический подход к ликвидации последствий наводнений, согласно функционально-технологической концепции весь объем работ (действий, операций, функций), который должна выполнять система, декомпозируется (разбивается) на множество отдельных более мелких работ (операций, функций). Каждое из них требует использование одной и той же технологии, т. е. способов, приемов, техники, оборудования, специалистов и т. д. При этом считается, что выполнение полного объема работ обеспечивает достижение поставленной цели. Для выполнения этих работ также требуется некоторый объем ресурсов, который должен быть распределен между множеством отдельных работ. Здесь наводнение рассматривается как технологический объект управления.
Таким образом, в функционально-технологической концепции осуществляется переход от одного объекта управления (чрезвычайной ситуации, связанной с наводнением) к другому объекту (объему работ, функций, действий). Хотя содержание, динамические свойства и характеристики этих объектов различны, все же между ними существует прямая зависимость, которая устанавливается эмпирическим путем. Поэтому эти объекты управления можно считать условно-эквивалентными.
Литература:
1. Шойгу С. К., Кудинов С. М. и др. Учебник спасателя 2-е издание, переработанное и дополненное — Краснодар: Советская Кубань, 2002. — 528 с.
2. Бадамшин Р. А. Проблемы управления сложными динамическими объектами в критических ситуациях на основе знаний — М.: Машиностроение, 2003. 239с
3. Ахметова Ф. Н. Информационное обеспечение мероприятий по снижению риска для населения г. Уфы от чрезвычайных ситуаций техногенного характера: Башкирский экологический вестник № 1(8) — Уфа, 2000 с. 53.
4. Федеральный закон от 21.12.1994 №68-ФЗ «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера» (в ред. от 21.07.2014 г.)
[1] ЮНЕСКО (UNESCO — The United Nаtions Educаtionаl, Scientific аnd Culturаl Orgаnizаtion) — Организация Объединённых Наций по вопросам образования, науки и культуры
