Совершенствование геокосмического мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций на основе информационных технологий

Совершенствование геокосмического мониторинга и  прогнозирования чрезвычайных ситуаций на основе информационных технологий 
 

Актуальность  темы. Мировой опыт со всей очевидностью показывает, что самым эффективным  способом снижения потерь от природных, техногенных, в целом и социально-экономических чрезвычайных ситуаций и катастроф является их предупреждение.

Базовой основой  предупреждения чрезвычайных ситуаций (ЧС) является их мониторинг и прогнозирование. Безусловно, что в основе прогноза чрезвычайных ситуаций, их социально экономических последствий лежит мониторинг и прогноз источников ЧС.

256 потенциально  опасных объектов расположенных  на территории Ленинградской  области несут потенциальную  угрозу жителям области. День  не проходит без происшествий, аварий или ЧС. Ежедневно на территории области горят дома и гибнут люди. В среднем за неделю происходит 100 — 150 пожаров, гибнет 7-10 человек. Кроме этого, аварии на системах жизнеобеспечения оставляют без света и тепла сотни людей. Старение техники, износ оборудования, ошибки диспетчеров, все это в сочетании с природными катаклизмами приводит к увеличению количества ЧС.

Ситуация ухудшается, когда от времени возникновения  ЧС до момента принятия решения на реагирование, происходит большая задержка времени. Увеличивается время на ликвидацию последствий ЧС, увеличиваются затраты связанные с ликвидацией последствий ЧС. Зачастую возникновению ЧС способствует сочетание различных неблагоприятных факторов видимых и наблюдаемых, но никто не учитывает и не ставит эти факторы рядом.

Отсутствие системы  сбора и обобщения данных о  неблагоприятных факторах, системы, которая была бы готова принять информацию о ЧС и способная предпринять  первые управленческие решения, направленные на предотвращение возникновения ЧС, способствует увеличению времени ликвидации ЧС и стоимости проведения мероприятий, направленных на ликвидацию последствий ЧС.

Состояние и  характер размещения опасного производственного  потенциала на территории Ленинградской  области в совокупности с разветвленной  транспортной сетью как наземной, так и воздушной, определяют крайне неблагоприятный режим возникновения чрезвычайных ситуаций, на ликвидацию последствий которых затрачиваются значительные государственные ресурсы. Без надежной системы управления мониторингом и прогнозированием чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера кардинально изменить ситуацию в Ленинградской области практически не представляется возможным.

Анализ научных  работ выполненных в области  развития системы управления мониторингом и прогнозированием чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера показывает, что на сегодня обобщенной структуры функционирования такой системы, к сожалению нет, как и не сформулированы требования к ней.

Таким образом, тема управления системой мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера в настоящее время очень актуальна, так как расчеты показывают, что если ущерб от чрезвычайных ситуаций будет продолжать расти теми же темпами, то к середине XXI века произойдет уравнивание, а затем и превышение затрат на ликвидацию последствий ЧС над приростом валового мирового продукта. Очевидно, что если не изменить складывающуюся тенденцию, то вектор социально-экономического развития человечества может кардинально поменять свое направление.

Цель диссертационной  работы - совершенствование научно-методического  обеспечения управления мониторингом и прогнозированием чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, направленных на повышение эффективности  деятельности органов управления МЧС России, а так же создание автоматизированная система мониторинга и прогнозирования ЧС Ленинградской области.

Объект исследования - система мониторинга и прогнозирования  чрезвычайных ситуаций природного и  техногенного характера.

Предмет исследования - методическое и техническое обеспечение  системы мониторинга и прогнозирования  чрезвычайных ситуаций природного и  техногенного характера.

Научная задача, решаемая в диссертационной работе, заключается в создании автоматизированной системы мониторинга и прогнозирования ЧС природного и техногенного характера Ленинградской области, а так же совершенствовании процесса управление этой системой на основе разработки математических моделей выявления и оценки чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, методики комплексного геокосмического экологического прогноза Ленинградской области и методики применение геоинформационных технологий.

Научная новизна  диссертационного исследования состоит  в том, что впервые, применительно  к современным требованиям по управлению системой МЧС России разработано конкретное научно-методическое обеспечение для системы мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, а также при Главном управлении по делам гражданской обороны, чрезвычайных ситуаций и ликвидации последствий стихийных бедствий (ГУ ГОЧС) Ленинградской области создана автоматизированная система мониторинга и прогнозирования ЧС.

Методы исследования. При разработке основных положений  диссертационной работы использовались методы исследования, основанные на общей теории систем, теорий принятия решения, математической статистики, математического моделирования и теории нечетких множеств.

На защиту выносятся  следующие основные результаты диссертационных  исследований:

1. Автоматизированная  система мониторинга и прогнозирования  ЧС природного и техногенного  характера Ленинградской области. 

2. Математические  модели выявления и оценки  чрезвычайных ситуаций природного  и техногенного характера. 

3. Методика комплексного геокосмического экологического прогноза Ленинградской области.

4. Методика применение  геоинформационных технологий в  управлении мониторингом и прогнозированием  чрезвычайных ситуаций природного  и техногенного характера Ленинградской  области. 

Научно-практическая ценность полученных результатов диссертационного исследования заключается в том, что на основе созданной автоматизированной системы мониторинга и прогнозирования ЧС природного и техногенного характера в ГУ ГОЧС Ленинградской области повысилась эффективность оценки и прогноза кризисных и чрезвычайных ситуаций, снизились людские и материальные потери, сократилось время прибытия подразделений и время ликвидации последствий ЧС.

Математические  модели выявления и оценки чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера позволяют облегчить процесс мониторинга и прогнозирования ЧС различного природного и техногенного характера.

В работе предложена методика комплексного геокосмического  экологического прогноза Ленинградской  области, которая позволяет осуществлять комплексный мониторинг чрезвычайных ситуаций природного характера на основе моделирования геокосмических связей во временных рядах, когда исходные данные делятся на временные отрезки и для них в рассматриваемом районе географического пространства рассчитываются детерминированные космогеофизические факторы.

Разработанная в диссертации методика применение геоинформационных технологий в  управлении мониторингом и прогнозированием чрезвычайных ситуаций природного и  техногенного характера Ленинградской области была использована при создания геоинформационного обеспечения системы учета и контроля наиболее опасных объектов Ленинградской области, так как многие системы экологической и технической защиты наиболее опасных объектов Ленинградской области в настоящее время нуждаются в ремонте и существенной модернизации.

Результаты диссертационного исследования внедрены во Всероссийском  центре мониторинга и прогнозирования  ЧС «Антистихия» (г. Москва), Главном управлении по делам гражданской обороны, чрезвычайных ситуаций и ликвидации последствий стихийных бедствий г. Москвы, Главном управлении по делам гражданской обороны, чрезвычайных ситуаций и ликвидации последствий стихийных бедствий (ГУ ГОЧС) Ленинградской области и Санкт-Петербургском институте Государственной противопожарной службы МЧС России.

Апробация исследования. Научные результаты, полученные в  исследовании, докладывались и обсуждались  с 2001 по 2003 год на заседаниях кафедры  пожарной тактики, а также на следующих  научно-практических конференциях:

1) международной  научно-практической конференции  «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций и их источников», Москва, Всероссийский центр мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций «Антистихия», 2001 г.;

2) Всероссийской  научно-практической конференции  «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций», Москва, Всероссийский центр мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций «Антистихия», 2002 г.;

3) межвузовском  научно-практическом семинаре «Новые  информационные технологии в управлении подразделениями Государственной противопожарной службы МЧС России», Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский институт Государственной противопожарной службы МЧС России, 29 апреля 2003 г.

4) региональной  научно-практической конференции «Защита транспортных систем от актов незаконного вмешательства и проведения спасательных работ в чрезвычайных ситуациях», Санкт-Петербург, Академия гражданской авиации, 2003 г.

5) международной  научно-практической конференции  «Проблемы обеспечения безопасности при чрезвычайных ситуаций», Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский институт Государственной противопожарной службы МЧС России, 14-15 октября 2003 г.

6) межвузовском  научно-теоретическом семинаре «Проблемы внедрения новых сетевых технологий», Санкт-Петербург, Военный университет связи, 2003 г.;

7) Всероссийской  научно-практической конференции  «Проблемы прогнозирования чрезвычайных ситуаций», Москва, Всероссийский центр мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций «Антистихия», 2003 г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.

Заключение: 

Выводы по 4 главе 

В главе установлено, что результатом работы по созданию системы управления мониторингом и  прогнозированием чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера на основе геоинформационных технологий должен быть комплекс методов и средств: методика ведения мониторинга природных и техногенных процессов; система средств дистанционных наблюдений за природными и техногенными процессами; наземные технические средства наблюдения за природными и техногенными процессами; программный комплекс ведения мониторинга природных и техногенных процессов, включающий: блок интерпретации материалов дистанционных съемок и библиотеку дешифровочных эталонов; блок компьютерного картографирования состояния и динамики геологической среды и баз мониторинговых данных; блок прогнозного моделирования развития природных и техногенных процессов.

В главе предложена методика комплексного геокосмического  экологического прогноза Ленинградской области, алгоритм прогноза при моделировании геокосмических связей во временных рядах следующий. Исходные данные делятся на временные отрезки и для них в рассматриваемом районе географического пространства рассчитываются детерминированные космогеофизиче-ские факторы. Информация о динамике процесса на прогнозируемом отрезке берется по этим астрономическим факторам из отрезков, аналогичных прогнозируемому. Затем выбранные отрезки делятся на две обычно неравные части. Одна часть используется для построения моделей, другая - для их подтверждения (в прогнозе-экзамене). Исследуя, таким образом, исходные временные ряды, получается группа моделей, которые дают приемлемые результаты для прогноза. Период каждой из компонент интерпретируется с точки зрения гипотезы геокосмических связей и резонансов.

Оценка достоверности  прогностических схем осуществляется по традиционным статистическим критериям, и с помощью специально разработанных  схем, данных мониторинга природных  и экономических процессов из всех возможных источников получения исходной и текущей информации.

В главе предложена методика применения геоинформационных  технологий в управлении мониторингом и прогнозированием чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера  на основе применения теории нечетких множеств. Рассмотрен пример создания геоинформационного обеспечения системы учета и контроля наиболее опасных объектов Ленинградской области, так как многие системы экологической и технической защиты наиболее опасных объектов Ленинградской области нуждаются в ремонте и существенной модернизации. В связи с дефицитом ресурсов предложено выбирать для реконструкции именно те, вложение средств в реконструкцию которых даст наибольший социально-эколого-экономический эффект. При такой оценке принимаются во внимание следующие факторы (критерии): экологические, экономические, технологические и социальные.