Методы и модели мониторинга промышленной инфраструктуры как источников техногенных чрезвычайных ситуаций

Как известно [9, 48], биосфера — это область распространения жизни на Земле, а техносфера — регион биосферы в прошлом, преобразованный людьми с помощью прямого или косвенного воздействия технических средств в целях наилучшего соответствия своим материальным и социально-экономическим потребностям. В современном обществе возникла насущная потребность в защите человека и природы от негативного влияния техносферы. Первопричиной многих негативных процессов в природе и обществе явилась антропогенная деятельность, не сумевшая создать техносферу необходимого качества как по отношению к человеку, так по и отношению к природе. Чтобы решить возникающие проблемы, человечество должно совершенствовать техносферу, снизив ее негативное влияние до допустимых уровней.

Прошедший XX век вошел в историю человечества как столетие, подвергшееся небывалым по масштабам катаклизмам природного и техногенного характера. Стихийные бедствия, техногенные катастрофы не только унесли жизни многих миллионов людей и принесли огромный материальный ущерб, но и поставили вопрос о самой возможности дальнейшего развития цивилизации. На Земле возникли зоны повышенного загрязнения биосферы, что привело к частичной (а в ряде случаев — и к полной) региональной деградации. Этим изменениям во многом способствовали [48]:

— высокие темпы роста численности населения и урбанизация населениягородское население на планете составляет 80 — 85%;

— рост потребления и концентрации энергетических ресурсов;

— интенсивное развитие промышленного производства;

— массовое использование транспортных средств и др. процессы.

Активное замещение биосферы техносферой привело к тому, что на планете осталось мало территорий с ненарушенными экосистемами (таблица 1) [48].

Таблица 1 — Структура площадей на континентах Земли.

Континент Ненарушенная территория, % Частично нарушенная территория, % Нарушенная территория, %.

Европа 15,6 19,6 64,8.

Азия 43,6 27,0 29,4.

Северная Америка 56,3 18,8 24,9.

Практически всё урбанизированное население планеты проживает в техносфере, где условия обитания существенно отличаются от биосферных, прежде всего повышенным влиянием на человека техногенных негативных факторов. Анализ мировой динамики чрезвычайных ситуаций (ЧС) показывает всё возрастающую зависимость человечества от опасных технологий. В последние годы мировая тенденция роста числа техногенных ЧС существенно усилилась, причем Россия не является исключением в связи с катастрофическим износом и моральным старением оборудования, массовыми нарушениями технологической дисциплины. Наглядным примером может служить авария на Саяно-Шушенской ГЭС, приведшая не только к огромному материальному ущербу, но и к гибели десятков людей.

Угрозы XXI века носят комплексный характер, который проявляется во взаимозависимости природно-техногенных и научно-технических рисков, в увеличивающемся масштабе ЧС, в обострении старых и появлении новых видов опасностей в технологической сфере. Комплексный характер угроз современности, их глобальный характер требуют новых подходов к обеспечению безопасности стран и регионов. Поэтому в настоящее время большинство государств мира рассматривает проблему обеспечения безопасности жизнедеятельности населения как важный элемент обеспечения национальной безопасности.

Глобальной платформой для постоянного сотрудничества и координации усилий между правительствами, международными и региональными организациями является ряд международных соглашений, направленных на уменьшение опасности бедствий, в частности [22, 23, 24].

В январе 2005 г. под эгидой ООН в Японии состоялась Всемирная конференция по предотвращению природных катастроф, на которой были приняты два принципиальных решения:

— не менее 10% всех средств, выделяемых государствами на восстановление и покрытие ущербов от природных катастроф, должны направляться на предупреждение последних;

— предупреждение катастроф должно опираться на последние достижения научно-технического прогресса.

Общность характера последствий природных катастроф и технологических аварий обусловливает единые подходы к их предупреждению, среди которых особое место занимает мониторинг чрезвычайных ситуаций различного характера и масштабов. Вопросам организации экологического и техногенного мониторинга посвящены труды многих отечественных и зарубежных ученых и специалистов, среди которых отметим [9, 20, 26, 29, 48, 54, 55, 59, 73].

Но, несмотря на широкий охват и достаточную глубину исследований данной проблемы, задачи научно обоснованного подхода к построению эффективных систем мониторинга промышленных объектов, позволяющих учесть важнейшие особенности и специфику того или иного региона, еще далеки от разрешения. Так, по мнению автора, недостаточно исследована роль компонентов производственной инфраструктуры, не задействованы в полной мере прогрессивные методы и инструменты принятия решений в условиях риска и неопределенности.

Вышесказанное обусловливает необходимость обобщения поученных ранее результатов и выявления новых путей комплексного решения проблем в рассматриваемой области, что и определяет актуальность диссертационного исследования.

Цель и задачи исследования

.

Цель исследования — повышение уровня адекватности и оперативности принимаемых управленческих решений по предупреждению техногенных ЧС и смягчению их последствий путем разработки методического и информационного обеспечения, рекомендаций по организации и внедрению системы мониторинга объектов производственной инфраструктуры как источников техногенных ЧС в регионе (на примере Костромской области).

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

1. Исследовать модель «как есть» мониторинга техногенных ЧС на основе сопоставительного анализа подходов к классификации ЧС и существующих организационно-технических решений, выявить «узкие места» модели.

2. На основе системного подхода определить место и роль объектов производственной инфраструктуры промышленных предприятий региона (на примере Костромской области) как потенциальных источников техногенных ТЧС.

3. Сформировать модель «как должно быть» системы мониторинга объектов производственной инфраструктуры региона как источников ЧС техногенного характера, определить состав системы, назначение ее компонентов и основные требования к ним.

4. Сформировать теоретико-множественную модель распознавания уровня техногенной опасности объектов производственной инфраструктуры в целях построения системы поддержки принятия управленческих и организационно-технических решений,.

5. В рамках общей теории систем формализовать понятие «устойчивость» применительно к объектам производственной инфраструктуры как источникам техногенных ЧС.

6. Разработать программные модули, реализующие информационное обеспечение системы мониторинга объектов производственной инфраструктуры как источников техногенных ЧС в регионе.

Объектом исследования является производственная инфраструктура, рассматриваемая как источник техногенных ЧС в регионе.

Предмет исследования — система мониторинга объектов производственной инфраструктуры промышленных предприятий, рассматриваемая с точки зрения поддержки принятия управленческих и организационно-технических решений по снижению риска возникновения техногенных ЧС в регионе и смягчения их последствий.

Теоретическую и методологическую основу исследования составили российские и зарубежные публикации по организации промышленного производства, экологическому менеджменту, мониторингу чрезвычайных ситуаций.

Исследованиям общих проблем производственной инфраструктуры посвящены труды ряда отечественных учёных и специалистов-практиков, среди которых Н. М. Васильева, А. В. Гукова, Р. Т. Джаббаров, А. М. Игнатьев, А.Б.Кру-тик, Г. В. Полунина, Е. В. Серов, Г. П. Солюс, А. Б. Титов, Г. М. Травин, И. Ф. Чернявский.

Научные основы концепции устойчивого развития мирового сообщества были заложены в 1970;х гг. работами ученых Римскогоклуба: Д. Медоуза, М. Мессаровича, Э. Ласло, Я. Тинбергена, А. Печчеи, Д.Габора.

Результаты исследований влияния промышленного предприятия на окружающую среду отражены в работах К. Норта, К. Рихтера, А. Эндреса,.

B.А.Акимова, Г. В. Белова, С. Н. Бобылева, А. С. Гирусова, В. В. Глухова,.

C.Ю.Даймана, В.И. Данилова-Данильяна, Т. А. Егоровой, Т. В. Лисочкиной, В. Ф. Корнюшко, Р. Е. Кузина, Т. П. Некрасовой, П. М. Нестерова, В. Д. Новикова, А. Н. Новоселова, Н. В. Пахомовой, Н. Н. Радаева, Г. П. Серова, Е. Б. Струковой, Н. В. Чепурных и др.

Методические основы системного анализа и проблемы принятия решений раскрыты в трудах А. В. Андрейчикова, В. С. Анфилатова, А. А. Беляева, Е.С.Вент-цель, В. Н. Волковой, Ю. И. Дегтярёва, А. А. Денисова, А. А. Емельянова, Н.Л.Кар-данской, Р. Л. Кини, Д. Н. Колесникова, Э. М. Короткова А.В.Кострова, Б. И. Кузина, О. И. Ларичева, Б. З. Мильнера, С. Л. Оптнера, Ф. И. Перегудова, Х. Райфы, В. Б. Ременникова, Д. Б. Юдина.

При проведении исследования были использованы: общие методы системного анализатеория баз данныхтеория принятии решений.

Информационная база исследования сформирована на основе:

— нормативно-правовых актов РФ по устойчивому развитию, общей и экологической безопасности, защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций [27, 68, 69, 71];

— государственных стандартов РФ [15−19];

— электронных ресурсов, размещенных на сайтах правительственных структур и общественных организаций России [22 — 24, 45, 52, 53, 74, 77];

— статистических данных МЧС РФ [62];

— диссертационных исследований [2, 20, 26, 54, 55, 73].

Научная новизна работы состоит в следующем:

1. Установлены место и роль объектов производственной инфраструктуры промышленных предприятий региона (на примере Костромской области) как источников техногенных ЧС.

2. Сформирована теоретико-множественная модель распознавания уровня техногенной опасности объектов производственной инфраструктуры промышленных предприятий, выполнена ее декомпозиция.

3. Формализовано понятие «устойчивость» объекта производственной инфраструктуры применительно к условиям техногенных ЧС.

4. Сформировано описание объектов производственной инфраструктуры как источников техногенных ЧС в регионе.

Практическая значимость работы заключается в создании модели «как должно быть» системы мониторинга объектов производственной инфраструктуры региона как источников техногенных ЧС, что позволило сформулировать основные требования к компонентам системы и рекомендации по их выбору и разработке модулей программного обеспечения системы.

Полученные результаты прошли проверку в условиях опытно-промышленной эксплуатации на деревообрабатывающем заводе (г. Макарьев) и обувной фабрике (г. Кострома). В результате проверки установлена эффективность использования предлагаемых методических подходов и моделей, что подтверждено соответствующим актом внедрения. Результаты исследования можно использовать при создании и внедрении систем мониторинга техногенных ЧС на промышленных предприятиях различных отраслей.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты исследования докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах различного уровня: Международной научно-технической конференции «Современные наукоемкие инновационные технологии развития промышленности региона» (Кострома, 2008), Всероссийской научно-практической конференции «Системы промышленного и информационного сервиса» (Кострома, 2007, 2008), семинаре «Управление в производственных, социальных и экономических системах» КГУ им. Н. А. Некрасова (Кострома, 2009), на совместных заседаниях кафедры информационного сервиса и кафедры организации производства и сервиса КГУ им. Н. А. Некрасова (Кострома, 2007 — 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 2 работы — в изданиях по перечню ВАК.

Структура и объём работы. Диссертационная работа объёмом 119 страниц, состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка (79 наименований), двух приложений, содержит 9 таблиц и 19 рисунков.

Выводы по главе 5.

1. Разработано программное обеспечение ИС мониторинга объектов производственной инфраструктуры промышленных предприятий как источников техногенных чрезвычайных ситуаций.

2. Для реализации временной модели данных в среде Delphi разработана настольная система управления базой данных (СУБД), функционирующая под управлением операционной системы Windows, которая позволяет генерировать формализованные информационные модели объектов производственной инфраструктуры.

3. С позиций формальных грамматик дано описание подхода к организации вычислительных процессов во временной базе данных (ВрБД), рассмотрено функционирование детерминированного конечного автомата для временной модели данных, подробно описана программная реализация вычислительных процессов во временной СУБД, дано формальное описание компонентов вычислительного процесса.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Цель исследования состояла в разработке методического и информационного обеспечения, рекомендаций по организации и внедрению системы мониторинга объектов производственной инфраструктуры как источников техногенных чрезвычайных ситуаций в регионе на примере Костромской области.

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

1. Выполнен сопоставительный анализ подходов к классификации чрезвычайных ситуаций. Показано, что в настоящее время в России в связи с катастрофическим износом и моральным старением оборудования, массовыми нарушениями технологической дисциплины особую опасность представляют чрезвычайные ситуации техногенного характера. Наглядным примером может служить недавняя авария на Саяно-Шушенской ГЭС, приведшая не только к огромному материальному ущербу, но и к гибели десятков людей.

2. Выполнен анализ отечественной нормативно-правовой базы в области предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций. Отмечено, что существующие законы, указы Президента РФ, ГОСТ отражают мировые тенденции, создают необходимый фундамент для теоретических исследований-и практических разработок в рассматриваемой области.

3. Исследована модель «как есть» мониторинга чрезвычайных ситуаций. Подчеркнуто, что применительно к потенциально опасным объектам мониторинг — это постоянный сбор информации, наблюдение и контроль над объектом, включающий процедуры анализа риска, измерения параметров технологического процесса на объекте, выбросов вредных веществ, состояния окружающей среды прилегающих к объекту территориях. Выполнена классификация видов мониторинга по следующим признакам: наблюдаемым негативным факторам, базированию, месту относительно окружающей среды, целевым функциям.

4. Определены место и роль объектов производственной инфраструктуры региона. Выполнена декомпозиция производственной инфраструктуры при различных системных подходах. Проведена количественная оценка потенциальных инфраструктурных источников техногенных чрезвычайных ситуаций в регионе по их разновидностям на примере Костромской области.

5. Сформирована модель «как должно быть» системы мониторинга объектов производственной инфраструктуры региона как источников техногенных чрезвычайных ситуаций. Определен состав системы, назначение ее компонентов и основные требования к ним.

6. Сформирована теоретико-множественная модель распознавания уровня техногенной опасности объектов производственной инфраструктуры, в целях построения системы поддержки принятия решений выполнена её декомпозиция.

7. Осуществлена формализация описания объектов производственной инфраструктуры как источников техногенных чрезвычайных ситуаций на основе концепции временной модели данных.

8. Разработаны программные модули, реализующие информационное обеспечение системы мониторинга объектов производственной инфраструктуры.

Результаты, полученные в процессе решения указанных задач, позволяют сделать вывод о том, что поставленная цель достигнута.