IV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2012

Каждая чрезвычайная ситуация (далее ЧС) имеет свои особенности и конкретный механизм формирования (наводнение, землетрясение, террористический акт и т.п.) [1,2,3].

 В основе оптимального управления действием аварийно-восстановительных служб лежит наиболее рациональная стратегия деятельности диспетчерского персонала, которая позволяет на протяжении всего времени следить за ходом процесса восстановления и распределять ограниченные материально-технические ресурсы с учетом изменений параметров во времени.

в ходе ликвидации последствий аварий диспетчер решает следующие задачи:

1. Выявляет места и объемы разрушений либо с помощью ранее произведенных расчетов на ЭВМ на различные параметры разрушающих воздействий ЧС, либо с помощью расчетов в ходе развития ЧС.
2. Производит сбор данных о дальнейшем развитии ЧС.
3. Оценивает среднюю продолжительность ликвидации последствий аварий.
4. Оценивает величины затрат на снижение рисков: техногенного, экологического, экономического и т.п.
5. Выявляет несколько вариантов действий, прорабатывает их и выбирает наиболее оптимальный.
6. Корректирует диспетчерский график, либо составляет новый с учетом вышеизложенных параметров

Чем меньше времени диспетчер затратит на решение этих задач, тем быстрее вступят в действие аварийно-восстановительные службы, тем эффективнее будет их работа, тем менее будет риск дальнейшего развития аварии и нанесения большего ущерба, тем менее будет риск гибели людей, тем меньшими будут материально-технические затраты.

Принятие обоснованного решения - трудоемкая и сложная параметрическая задача, поэтому диспетчер должен обладать достаточными знаниями и опытом, уметь принимать решения в сложных ситуациях за короткий интервал времени.

Снизить это время можно:

1. За счет правильного и своевременного прогнозирования ЧС и получения данных о ходе ее развития. Этого можно достичь либо с помощью обработки статистических данных, либо с помощью современных средств наблюдения, либо с помощью ранее разработанных отечественными и зарубежными учеными моделей.
2. Путем заранее произведенных расчетов, которые позволяют выявить места и объемы разрушений инженерных систем теплогазоснабжения с достаточной точностью и при различных динамических и механических воздействиях, вызванных ЧС.
3. С помощью предварительно выполненных расчетов (по п. 2) оценить величины затрат, среднюю продолжительность аварии и выбрать наиболее оптимальный вариант действий при ликвидации последствий аварий, в том числе с учетом различных вариантов развития событий.
4. С помощью заранее подготовленной схемы и графика движения материально-технических ресурсов.

 Выполнение этих мероприятий позволит диспетчеру только следить за cоответствием и ходом выполнения работ, а также вносить необходимые коррективы.

 Чтобы определить разрушающее воздействие того или иного стихийного бедствия, а также выявить места разрушений элементов инженерных систем теплогазоснабжения, необходимо также рассмотреть деградационные факторы, влияющие на системы в процессе эксплуатации. Развитие этих процессов приводит к изменению исходного состояния элементов рассматриваемых систем в целом.

Изменения исходного состояния  элементов систем является основой, на которой формируются изменения функциональных параметров. Изменения функциональных параметров не вызывают нарушения работоспособного состояния до тех пор, пока эти изменения не достигнут предельно допустимого уровня. Схема изменения состояния системы представлена на рисунке. ри известных местах и объемах разрушений инженерных систем теплогазоснабжения задача сводится к организации управления деятельностью восстановительных слGужб с целью ликвидации последствий разрушений при минимальных затратах в максимально короткие сроки.

Задача организации управления представляет собой сложную проблему, которая требует для своего решения учета всех экономических и социальных факторов, а также изменения аварии во времени.

Модель, которая должна быть реализована для решения задачи, представляет собой процесс распределения ограниченных материальных ресурсов, предназначенных для ликвидации последствий, воздействию которых может быть подвержено население и окружающая среда [4,5].

Управляющими величинами в данном случае являются значения затрат материально-технических ресурсов на локализацию и ликвидацию последствий аварий. В качестве управляющих переменныхвыступают величины затрат З_мт на снижение соответствующих рисков и управление осуществляется в оптимальных интервалах, сводящих к минимуму последствия.

Оцениваем среднюю продолжительность ликвидации аварии П_л  в момент времени t при имеющихся материально-технических ресурсах М(t) и характеризующихся различными видами опасностей: Р_тг - техногенный риск; Р_экн - экономический риск; Р_экл - экологический риск.

П_Л = П_Л (Р| М, t) = П_Л (Р_тг, Р_экн, Р_экл | З_МТтг, З_МТэкн, З_МТэкл, t).                    (1)

Условие оптимальности выполняется за счет оптимального распределения ограниченных средств (М(t)).

Оптимальное значение затрат, обеспечивающее максимальное сокращение продолжительности ликвидации последствий с заданными материально-техническими ресурсами, можно оценить следующим образом:

δ/δM [П_Л(Р | М, t)] =0, при М = cоnst,              (2)

 М = З_МТтг +З_МТэкн+З_МТэкл+.....+З_МТpn.   (3)

Решение (1-3) можно представить в виде

П_л = П_Лmin + ΔП_Л (Р_тг, Р_экн, Р_экл .... | М, t),   (4)

где П_Лmin - продолжительность ликвидации аварии в случае, если имеются все требуемые материально-технические ресурсы; П_Л - увеличение продолжительности ликвидации последствий аварий при недостатке М.

При известных величинах затрат на снижение соответствующих рисков задача сводится к оптимальному и качественному распределению должностных обязанностей между соответствующими службами по ликвидации последствий аварий.

Процесс возникновения аварии может быть представлен графом причинно-следственных связей событий (инициированных исходным чрезвычайным событием), которые с достаточно высоким уровнем вероятности произойдут на структурных единицах в случае отсутствия противодействия возникшей аварии. В процессе построения графа определяется полное множество возможных событий, связанных с техногенными авариями; причинно-следственные связи между ними; подмножества событий, образующих цепи; оценивается ожидаемое время их появления, а также требуемые объемы ресурсов (материально-технических, трудовых), необходимых для предотвращения возникновения конечных событий, связанных с ожидаемыми ущербами и потерями [6].

Вершинами S_i, i  Z, графа G = (S, В) являются реализующиеся события. Дугами  В - причинно-следственные связи (отношения), как в сетевых моделях с узлами - событиями.

Исходных событий может быть несколько, что отражает возможность одновременного воздействия нескольких факторов.

Каждое событие в графе причинно-следственных связей задается его текстовым описанием, с указанием параметров, определяющих степень его влияния на последующее развитие обстановки: степень разрушений элементов инженерных систем, конструкций оборудования; мощность, площадь, и объем разрушений; количество выделившихся вредностей и т.д.

Параметры порожденных событий должны быть определены с учетом существующих или вновь разработанных методик расчета. Эксперты должны спрогнозировать развитие аварии применительно к двум случаям:

1. Когда порождается возможное число событий с наиболее неблагоприятными параметрами.
2. Когда основные параметры усредняются исходной ситуацией (локальный сценарий развития аварии).

Дугам графа приписываются времена t_i,j, необходимые для реализации причинно- следственных связей (i, j) и ресурсы М^к_ij, к = 1,...,к, необходимые для полного предотвращения ЧС за время П_{л min i j}. Могут быть введены вероятности В_{i j} ^реал реализации связей.

Введем необходимые значения и переменные:

М^к_ij - количество ресурса к - го типа, необходимое для блокировки дуги (i, j), к = 1,..., к; i ≠ j;

U_j, V_j - соответственно объем ущерба и потерь, связанных с наступлением события S_j;

V_ij = - суммарная эффективность по предотвращаемым потерям блокировки дуги (i j), (i^/ j^/) D_{i j}, где D_{i j} - множество дуг, порождаемых дугой (i, j);

U_{i j} - суммарная эффективность по предотвращаемым ущербам блокировки  дуги  (i, j).

R_k, к = 1,..., к - общее число имеющихся бригад к -го типа;

Для формирования графа причинно-следственных связей необходимо выполнить следующие действия:

1. Для каждого события S_i^k  S графа G определяется: время наступления, ожидаемые ущербы, потери.
2. Осуществляется упорядочение элементов множества конечных событий по размерам ущербов и потерь.
3. Определяются пути, ведущие к конечным событиям и подмножества событий, им предшествующие.
4. Для каждой дуги определяется подмножество конечных событий, наступление которых будет блокировано в случае успешного противодействия развитию причинно-следственной связи между чрезвычайными событиями.
5. Каждой дуге графа присваивается эффективность ее «разрыва».
6. Дуги графа G упорядочиваются по величинам ущерба, предотвращаемого при «разрыве».
7. Выделяется подмножество S^/  S событий графа G, наступление которых не может быть предотвращено существующими средствами, вследствие внезапного проявления последствий предшествующих событий.
8. Дугам S_i € S^/ присваивается М_{i j} = ∞.
9. Формируются цепи альтернативных возможных блокировок. Целесообразно блокировать только одну из дуг.
10. Среди множества конечных событий выделяется подмножество событий, наступление которых крайне нежелательно.
11. Для каждого события S_i^П формируется множество дуг В_j^ф, альтернативная блокировка которых ведет к предотвращению наступления события S_i^П.

Стратегическое планирование заключается в распределении имеющихся и перебрасывающихся извне ресурсов для проведения аварийно-восстановительных, а также спасательных работ в максимально короткие сроки и с целью снижения ожидаемых потерь и ущербов. Наиболее опасные направления определяются путем выбора дуг в графе G, действие которых будет заблокировано вследствие выражения М^k_{i j}, к = 1, ..., к и проведения соответствующих работ.

Задача сводится к определению оптимальной конечной структуры графа G по заданному критерию эффективности с учетом ограничений. Необходимо выделение подграфа G = (S^П, В^П),  обеспечивающего экстремум выбранного показателя эффективности с учетом ресурсных, стоимостных, структурных и других ограничений.

Оптимизация заключается в оптимальном распределении ресурсов по дугам графа G = (S, В). С целью полной блокировки действия соответствующих им причинно-следственных связей.

Задача оптимизации выбора стратегического плана ответных действий   формируется следующим абзацем:

 

при ограничениях:

- на имеющееся ограниченное число бригад к -го типа                                                   

- на объем максимально допустимого ущерба

 - на единственность блокировки в цепи возможных блокировок     

- на минимизацию (по возможности) продолжительности ликвидации  П_{л ij}^к  min.

Решение этой задачи позволяет выбрать стратегический план действий при возникновении и развитии ЧС природного и техногенного характера.

В зависимости от типа ЧС, в качестве целевых функций предлагается использовать:

возможные людские потери

возможный ущерб

Общие затраты при реализации мер, направленных на предупреждение аварий

Возможна постановка задач оптимизации плана проведения мероприятий по предупреждению аварий с использованием целевых функций (9-11).

Для успешной ликвидации последствий аварий необходимо, чтобы силы и средства всех видов, размещенных по всем пунктам дислокации, были не меньше сил и средств, требуемых для ликвидации аварий, то есть     , к = 1,..., к .         

Количество, состав и размещение сил и средств ликвидации последствий ЧС можно представить матрицей                                                                       

Выводы

Таким образом, поскольку на практике решение задач управления деятельностью аварийно-восстановительных бригад оценивается с различных точек зрения (с учетом физических, технических, экономических и др. аспектов), в данной  статье предложена модель оптимизации принятия решений при возникновении аварий на системах теплогазоснабжения. Это позволит снизить продолжительность ликвидации последствий аварий, связанные с ними различного рода затраты, и  гибель людей.

Библиографический список

1. Иванов, А.И. Поражающее действие ядерного взрыва/ А.И. Иванов, Г.И. Рыбкин. - М.: Воениздат, 1960. - 286 с.
2. Колосов, А.И. Анализ геологических характеристик района при моделировании воздействий наводнений на системы инженерного обеспечения/ А.И. Колосов, О.А. Сотникова// Вестник ВГТУ. Системы и средства безопасности в чрезвычайных ситуациях. - Воронеж, 2004. - Вып. 10(1). - С.71-74.
3. Колосов, А.И. Разработка модели восстановления систем инженерного обеспечения при экстраординарных воздействиях/ А.И. Колосов// Вестник ВГТУ. Системы и средства безопасности в чрезвычайных ситуациях. - Воронеж, 2004. Вып. 10(1). - С. 44-47.
4. Вопросы анализа и процедуры принятия решений/ под ред. И.П. Белых. - М.: Мир, 1976. - 312 с.
5. Джоффрион, А. Решение задач оптимизации при многих критериях на основе человеко-машинных процедур/ А. Джоффрион, Д. Дайер, Б. Файнберг. - М.: Мир, 1976. - 245 с.
6. Бурков, В.Н. Большие системы: моделирование организационных механизмов/ В.Н. Бурков, Б. Данаев, А.К. Еналеев, В.В. Кондратьев, Т.Б. Нанева, А.В. Щепкин. - М.: Наука, 1989. - 268 с.

Код для цитирования: Скопировать