Системы управления предепреждением чрезвычайных ситуаций как научная школа

Старший преподаватель кафедры кандидат военных наук полковник Левковский С.Н. занимается исследованием проблем, связанных с защитой объектов экономики от высокоточного оружия, вопросами применения сил ГИМС МЧС России при ЧС на водных бассейнах РФ, работой ОУ МЧС России муниципальных образований и субъектов РФ по предупреждению и ликвидации ЧС природного и техногенного характера, вопросами методики организации и проведения командно-штабных учений и тренировок в системе МЧС России. Он автор 18 и соавтор 5 научных трудов.

Хотелось бы отметить, что последователи школы в настоящее время продолжают работать в этом направлении, находясь на различных должностях на кафедре и за ее пределами. Например, кандидат военных наук доцент Безмен М.М., возглавляющий институт специальной подготовки, является автором более 10 и соавтором более 40 работ научных трудов, связанных с проблематикой гражданской защиты.

УДК 614.8.001.18; 502.5:001.18

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕМ ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ КАК НАУЧНАЯ ШКОЛА

Мухин В.И., д.в.н., к.т.н., профессор, заслуженный деятель науки РФ Академия гражданской защиты

MANAGEMENT SYSTEMS BY PREVENTING EMERGENSY SITUATIONS

AS A SCIENCE SCHOOL

Mukhin V.I.

В статье раскрывается сущность научного подхода к проблеме управления предупреждением чрезвычайных ситуации с позиций теории развития. Математический аппарат теории развития позволяет моделировать все режимы функционирования АИУС РСЧС.

Автор статьи более сорока лет своей научной деятельности посвятил исследованиям в области информационного противоборства в кризисных и чрезвычайных ситуациях. Под его руководством защищено большое число диссертационных работ в этой области.

Основное предназначение АИУС РСЧС - это информационная и интеллектуальная поддержка принятия решений в различных режимах функционирования РСЧС.

Функциональные задачи АИУС РСЧС - это совокупность технологических процессов машинной обработки информации, реализующих функции управления в условиях информационного противоборства.

Развитие - это направленное, упорядоченное, необратимое закономерное изменение материи и сознания, их универсальное свойство. Результатом процесса развития является новое качественное состояние объекта - его состав или структура.

Различают две формы развития, между которыми существует диалектическая связь: эволюционную, связанную с постепенными количественными изменениями объекта (эволюция), и революционную, характеризующуюся качественными изменениями в структуре объекта (революция). Применительно к РСЧС эволюционная форма развития отражает режим повседневной деятельности и повышенной готовности системы, революционная (бифуркационная) форма отражает процесс возникновения ЧС.

Базовой основой развития систем является концептуальная модель, отражающая процесс развития системы.

Развитие сложной системы - это, прежде всего, необратимое изменение, для которого характерны следующие основные этапы (рис.1): эволюционный участок (ab), зарождение новой системы (be), формирование новой системы (cd), эволюция новой системы (de), деградация старой системы (bf, bk).

Эволюционный этап (аЪ, de) развития характеризуется устойчивостью системы и увеличением энтропии (dИ/dt > 0).

Рост энтропии характеризуется следующими особенностями:

Первая особенность состоит в том, что рост энтропии может быть вызван не только ростом числа элементов, но и нарушением связи, упорядоченности системы. В этом случае нарушение связей может привести к тому, что система перестанет выполнять возложенные на нее функции, она будет неспособна к этому в силу своей неорганизованности.

Вторая особенность состоит в том, что рост энтропии не всегда свидетельствует о том, что система повышает свой запас устойчивости.

Рис. 1. Гипотетическая кривая, отражающая процесс развития системы И0 - начальное значение энтропии; ab - эволюционное развитие системы; Ъ, e - бифуркационные точки; Ъ^ bf - гибель системы; Ъс - зарождение новой системы; сй - формирование новой системы; йе - эволюционное развитие новой системы, период количественных изменений в системе.

Третья особенность состоит в том, что вблизи точки бифуркации (точка Ъ) случайные флуктуации могут изменить траекторию движения системы. В зависимости от внешних и внутренних условий система либо деградирует, либо переходит на новый качественный уровень развития. В первом случае (участок ЪЩ резко возрастает энтропия (dИ/dt > 0), система теряет устойчивость, но перехода в устойчивое состояние не происходит. В данном случае отсутствуют регулирующие механизмы (внутренние и внешние), возникает лавинообразный рост энтропии вследствие роста числа новых элементов - признаков и отсутствие их когерентного поведения. Система дезорганизуется и не может выполнять свои функции.

Во втором случае (участок Ъ/) энтропия уменьшается (dИ/dt < 0) за счет количественных изменений в системе. Система за счет своей гиперустойчивости теряет способность к адаптации и при наличии соответствующих внешних воздействий может разрушиться, т.е. устойчивость отдельных подсистем еще не определяет устойчивость системы в целом.

Четвертая особенность состоит в том, что период зарождения новой системы связан с потерей устойчивости и возникновением диссипативной структуры, которая сохраняется только благодаря обмену энергией, веществом, информацией с внешней средой. Период зарождения новой системы (Ъс) характеризуется увеличением диссипации (dИ/dt > 0).

Пятая особенность состоит в том, что при определенных условиях в системе могут возникнуть процессы упорядочения структуры, в результате чего энтропия будет уменьшаться (dИ/dt < 0) и система перейдет в новое устойчивое состояние (точка й). На этом цикл развития заканчивается, начинается следующий - эволюция новой системы.

Спокойный, эволюционный этап (аЪ, йе) развития характеризуется наличием соответствующих механизмов, стабилизирующих данное состояние системы и ликвидирующих любое

26

отклонение от него (возвращающих систему к этому состоянию). С течением времени эти механизмы ослабляются из-за количественного роста соответствующих параметров среды или системы, в силу чего они уже не могут осуществлять стабилизацию системы. Наступает кризисное состояние - система достигает точки бифуркации (Ь, с). В точке бифуркации принципиально невозможно предсказать, в какое состояние перейдет система. Случайность подталкивает на новый путь развития, а после того, как путь (один из многих возможных) выбран, вновь вступает в силу детерминизм - и так до следующей точки бифуркации.

Характерной особенностью развивающихся систем является их способность к самоорганизации, которая проявляется в самосогласованном функционировании системы за счет внутренних связей с внешней средой. Рассматривая развитие как процесс самоорганизации системы, выделим в нем две основные фазы: адаптацию, или эволюционное развитие (рис.1), участок (аЬ) и отбор (участок зарождения (Ьс) новой системы).

К особенностям фазы эволюционного развития относятся:

Первая - процесс эволюции - это результат взаимодействия системы с внешней средой, поэтому при исследовании этого процесса необходимо рассматривать процесс система - внешняя среда.

Вторая - адаптация системы к меняющимся условиям происходит благодаря появлению элементов, обладающих необходимыми для функционирования системы свойствами, причем благодаря не просто появлению таких элементов (имеется ввиду не только появление новых элементов, но и возникновение у старых элементов новых признаков), а в избыточности таких элементов признаков. Увеличение числа сходных элементов лежит в основе прогрессивного развития системы, так как является предпосылкой для отбора элементов, дифференциации и интеграции структур. Вместе с тем, увеличение числа сходных элементов - простейшее средство для увеличения надежности воспроизведения, для интенсификации функций и расширения связей с внешней средой. Периоду адаптации (устойчивости систем) соответствует постоянное накопление приспособительных признаков широкого значения, нарастание универсализма системы. В результате флуктуаций в системе возникают регулирующие сигналы, которые изменяют, приспосабливают структуру системы так, чтобы система продолжала функционировать необходимым образом.

Третья - период адаптации - это период эволюционных преобразований, которые связаны лишь с количественными изменениями в системе. Структурная устойчивость при этом не нарушается. Понятие структурной устойчивости выражает в наиболее сжатом виде идею нововведений - появление новых механизмов и новых элементов. Смысл проблемы структурной устойчивости сводится к следующему: под воздействием флуктуаций (как внутренних, так и внешних) в самоорганизующейся системе появляются приспособительные признаки (это может выражаться в появлении новых признаков у существующих элементов, либо новых элементов, новых взаимосвязей между элементами). Новая сеть элементов признаков обеспечивает адаптацию системы к флуктуациям. Если при этом не меняется способ функционирования системы, то такую систему называют структурно устойчивой.

Четвертая - стабилизирующий отбор информации, закрепляющий достигнутые свойства системы, который связывает их в целостную систему и обеспечивает максимальную надежность их воспроизведения. Целостность проявляется как в адаптации элемента к условиям внешней среды, в формообразующей роли в ходе установления основ определенной организации в процессе дифференциации и интеграции.

Отбор - это средство осуществления обратной связи от внешней среды к системе, т.е. отбор информирует систему о ее положении во внешней среде. Отбор выступает как механизм, ответственный, в конечном счете, за усложнение и усовершенствование самого хранилища накопленной информации и за согласование его работы со сложными изменчивыми условиями окружения. Следовательно, процесс преобразования внешнего во внутреннее осуществляется в ходе стабилизирующего отбора, т.е. зависимое от внешних факторов развитие становиться автономным.

Модель механизма эволюции процесса развития системы

Механизм эволюции Шмальгаузен рассматривает с точки зрения кибернетики и представляет как процесс взаимодействия системы и внешней среды в виде последовательности информационных процессов: накопление, отбор, преобразования, передачи информации о свойствах (признаках) отдельных элементов и системы в целом. Механизм эволюции процесса развития системы включает совокупность взаимосвязанных между собой системы внешней среды и множества регуляторов, действующих по принципу обратной связи, направленных на поддержание устойчивого состояния и обеспечивающих сохранение устойчивости процесса развития при нерегулярно меняющихся внешних условиях, что обеспечивает надежность достижения результатов развития в регулярно меняющихся условиях среды.

Действие регулярного механизма развития системы проявляется:

- на различных уровнях ее организации и зависит от реакции на изменение внешних факторов, от форм взаимодействия системы с факторами внешней среды;

- в зависимости от уровня структуризации системы взаимозависимость с внешними факторами проявляется в различных формах, так как относится к разным уровням организации систем и различным процессам.

Сущность действия регуляторного механизма состоит в следующем:

а) в роли регулятора выступает внешняя среда, включающая рассматривающую систему;

б) внешняя среда должна быть связана с развивающейся системой двумя линиями связи - прямой линией передачи управляющих сигналов от внешней среды к системе и линией обратной связи, передающей во внешнюю среду информацию о действительном состоянии системы;

в) в процессе своего функционирования система передает во внешнюю среду информацию о количественном составе соответствующих элементов-признаков, об их распределении. Во внешней среде происходит преобразование этой информации (контроль и отбор наиболее ценной информации). Отобранная информация накапливается во внешней среде и передается в систему путем появления соответствующих свойств (признаков) у элементов системы;

д) осуществляемая связь между внешней средой и включенной в ее состав системой имеют свои особенности. Первая - между обеими линиями передачи нет непосредственной связи, так как они находятся на различных уровнях. Вторая - накопленная информация передается по прямому каналу на уровне признаков (свойств) отдельных элементов, а обратная информация - только на уровне элементов и компонентов системы. Третья - регулирующие механизмы развития системы связаны с внешней средой, что требует считаться с возможностью различных случайных внешних влияний, которые искажают передачу информации и нарушают нормальное течение преобразований;

е) регулятор эволюционного процесса должен быть обеспечен информацией о состоянии системы (по линии обратной связи), а также должен иметь механизм преобразования этой информации в управляющие сигналы и передачи их до системы.

Накопленная во внешней среде информация отражает влияние внешней среды и реализуется (передается в систему) путем появления соответствующих свойств (признаков) у элементов системы (передается на уровне элементов). Отбор происходит в результате взаимодействия системы со средой, накопление информации идет во внешней среде (накапливается отобранная информация).

Обратная информация (передается от системы во внешнюю среду в процессе ее функционирования (на уровне подсистем). Эта информация во внешней среде (идет отбор). Каждый элемент по той же схеме, т.е. может либо погибнуть, либо изменить свои количественные или качественные характеристики.

К особенностям фазы зарождения новой системы относятся:

Первая - преобразующий отбор - период революционных качественных изменений. Этапу преобразующего отбора соответствует состояние неустойчивости, т.е. этап зарождения и формирования новой системы.

Вторая - на организованность системы, т.е. на ее энтропию, влияют в основном два параметра: интенсивность роста числа элементов в системе и интенсивность использования эле-

ментов в процессе функционирования системы. Рост числа элементов в системе может привести систему в неустойчивое состояние и создаст предпосылки для отбора наиболее ценных для развития системы элементов. Ценность элементов определяется в процессе их использования. Чем выше интенсивность роста числа элементов в системе, тем быстрее система стремиться к неустойчивому состоянию, приближая момент скачкообразных изменений. Но переход на новый качественный уровень структурной организации произойдет лишь тогда, когда интенсивность использования, которая играет роль организатора в системе, будет достаточно велика для того, чтобы уменьшить энтропию в системе и перевести систему в новое устойчивое состояние. Следовательно, изменяя параметры системы, а именно интенсивность роста числа элементов и интенсивность их использования, мы можем инициировать процесс самоорганизации в системе, замедлять или ускорять его. При этом мы можем перевести систему на новый, более совершенный уровень развития или разрушить ее.

Третья - гибель системы может произойти в двух случаях. Во-первых, когда случайные флуктуации во внешней среде приводят к гибели отдельных элементов системы, к разрушению взаимосвязи между ними, в результате чего система уже неспособна выполнять заданные функции. Во-вторых, когда нет использования информации о тех или иных свойствах элементов системы в процессе функционирования во внешней среде. Нет использования, следовательно, нет накопления информации во внешней среде, в результате чего нарушается прямая связь системы с внешней средой. Нарушается работа регулирующих механизмов, что приводит к дезорганизации системы и, как следствие, к ее гибели.

Основой концептуальной модели, отражающей процессы развития системы, являются принципы диалектики: взаимосвязь и развитие, единство и борьба противоположностей, качественное различие частей и целого. Идея целостности и двойственности исследуемых объектов позволила разработать математические модели выявления информационных (разведывательных, демаскирующих) признаков и математические методы противодействия им, а также методы выработки решений и оценки эффективности их реализации.

С математической точки зрения проблема управления предупреждением кризисных и чрезвычайных ситуаций включает проведение исследований по следующим направлениям:

1. Создание статических и динамических моделей выявления информационных (демаскирующих) признаков разведкой и на их основе разработка форм, методов, методик, рекомендаций по противодействие комплексной, интегрированной системе разведки.

2. Разработка моделей наведения и прицеливания ВТО по точечным защищенным объектам и на их основе разработка способов, методик и рекомендаций по противодействию системам наведения и прицеливания.

3. Разработка математических моделей разведки противником системы боевого управления войсками и оружием РВСН и на их основе разработка моделей для каждого ТВД и рекомендаций по противодействию радио и радио-технической разведке.

4. Разработка методов передачи информации с использованием широкополосных Сига-лов и методов контроля эффективности их использования.

5. Разработка методов создания помех на новых физических принципах (на основе неавтономных нелинейных динамических систем).

6. Разработка моделей и методов противодействия информационным система ПРО

США.

7. Развитие система АИУС РСЧС в части: разработки функциональных задач решаемых в военное время, обеспечения безопасности информации, внедрения CASE - технологии в систему поддержки принятия решений руководителями ПСС.

8. Разработка рациональных способов предупреждения ЧС путем стратегического планирования мероприятий по предупреждению ЧС (метод МАИ).

9. Разработка математических моделей, методик, информационных технологий превентивного контроля мероприятий по предупреждению ЧС.

10. Развитие теоретических основ, методологических положений, институциональных форм, способов исследования инновационных процессов и на их основе рекомендаций по совершенствованию управления инновационной деятельностью.

Результатами исследований по первому направлению явилось:

защита докторской диссертации на тему «Комплексное противодействие техническим средствам разведке РВСН», 4 монографии, из них «Основы маскировки объектов», «Математические методы выработки решений по маскировке войск» (соавтор А.Н.Кравцов), учебник «Противодействие техническим средствам разведки», 7 изобретений, из них 2 изобретения внедрено в войсках (соавтор Герасименя В.П.), защищена 21 кандидатская диссертация и одна докторская диссертация (доктор технических наук, профессор Хореев А.А.).

Результатами исследований по второму направлению явилось: 1 монография, 1 учебное пособие, 6 изобретений, защищено 4 кандидатских диссертации, 1 докторская (доктор военных наук, профессор Рожин И.).

Результатами исследований по третьему и четвертому направлению явились 4 монографии, 3 кандидатских диссертации, 1 докторская диссертация (доктор военных наук, профессор Лось В.П.), 13 изобретений. Из них 4 изобретения внедрены в аппаратуре «Уровень - 1М», предназначенной для рационального выбора боевых частот радиоканалов боевого управления ракетным оружием и 3 изобретения внедрены в аппаратуре «Дрезина - М», предназначенной для контроля электромагнитной обстановки в позиционных районах.

Результатами исследований по пятому направлению явилось: 1 статья «Методологические подходы к оценке эффективности стохастических помех» (соавтор Копытов В.В.), опубликованная в трудах ЦНИИ РЭС, 2 изобретения, 2 кандидатских диссертации, 1 докторская диссертация (доктор технических наук, профессор Копытов В.В.).

Результатами исследований по шестому направлению явилось: 2 монографии: «Стратегическая оборонная инициатива и эшелонированная противоракетная оборона США» (соавтор Васильев В.А.) и «Система глобальной защиты от ограниченного удара баллистических ракет Джи-Палз» (соавтор Васильев В.А.), 2 изобретения, 2 кандидатские диссертации. В настоящее время по этому направлению под руководством автора работает над докторской диссертацией начальник кафедры радиоэлектронной и информационной борьбы ВА РВСН им. Петра Великого полковник Аксенов С.В. и 5 соискателей на степень кандидата наук.

Результатами исследований по седьмому направлению явились: монография (соавтор к.т.н. Комаров А.И.) «Методика создания функциональных SADT - моделей», две монографии: «Концепция информационной борьбы в современной войне» и «Информационно-программное оружие (Программно-разрушающие воздействия)», 2 учебных пособия «Основы защиты информации» (соавтор Марюха Н.И.), «Информационная безопасность компьютерных систем» (соавтор Щербаков А.Ю.), 3 кандидатских диссертации (Ротанов И.А., Ефимов В.А., Шарипха-нов С.Д.).

Результатами исследований по восьмому направлению явились: статья «Использование МАИ - моделей при решении проблем, связанных с предупреждением и ликвидацией чрезвычайных ситуаций» (совместно с Назариевой М.М.), 2 кандидатских диссертаций (Бахтиярова О Н., Назариева М.М.).

По девятому направлению ведутся исследования совместно с адъюнктом кафедры Самойловым С.

В рамках десятого направления издана статья «Инструментарий оценки результатов инновационной деятельности на основе когнитивного подхода» в журнале «Креативная экономика» № 2, 2007 г.), 4 монографии; «Развитие методологических основ и практических аспектов моделирования и оценки результатов инновационной деятельности предприятия на основе когнитивного подхода», «Формирования инновационных процессов создания новых товаров, услуг», «Управление инновационным предприятием в рыночных условиях» (совместно с Громовым Н.И.), «Инновационный менеджмент в организациях научно-технической сферы» (совместно с Шумянковой Н.В.), 1 докторская диссертация (доктор экономических наук, профессор Шумянкова Н.В.), 5 кандидатских диссертаций.

Результаты исследований отражены в двух учебниках, рекомендованных Министерством образования и науки Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений:

1. Исследование систем управления: учебник. М.: Издательство «Экзамен», 2006. - 2- е изд., доп. и перераб. - 479 с. (Серия учебники для вузов) - 5000 экз.

2. Управление интеллектуальной собственностью: учеб. для студентов, обучающихся по специальности «Менеджмент» - М.: Гуманитар. изд. центр ВЛАДОС, 2007. - 335 с. (Экономика и управление) - 5000 экз.

УДК 614.8.001.18; 502.5:001.18

ИНФОРМАЦИОННЫЙ МОНИТОРИНГ РИСКА ЧРЕЗВЫЧАЙНЫХ СИТУАЦИЙ: ОТ ИСТОКОВ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ДО НАШИХ ДНЕЙ

Яковлев О.В., к.т.н., с.н.с.

Академия гражданской защиты МЧС России

INFORMATIONAL MONITORING OF EMERGENCY SITUATIONS: RISK FROM THE TIME OF ITS ORIGIN TILL NOWADAYS

Yakovlev O.V.

Научная школа по информационному мониторингу риска чрезвычайных ситуаций в Академии гражданской защиты сформировалась относительно недавно - на рубеже начала нового века. Данная научная школа в своей основе опирается на фундаментальные труды таких известных отечественных и зарубежных ученых, как Герасимов В.П., Гецелев И.В., Глушков В.М., Гудилин В.Е., Каштанов В.А., Колмогоров А.Н., Котельников В.А., Рябинин И.А., Софро-нов В.В., Харкевич А.А., Шеннон К., Юсупов Р.М.

Истоки возникновения научной школы по информационному мониторингу риска непосредственно связаны с началом служебной деятельности автора в отдельной лаборатории специального контроля испытаний ядерного оружия на иностранных полигонах.

Получив в горах Тянь-Шаня необходимые профессиональные навыки в работе с различными видами измерительной информации о физических полях, возникающих при ядерном взрыве, основным направлением этих исследований стал мониторинг информативных свойств исследуемых физических полей.

Понятие информационного мониторинга на данном этапе исследований было введено по аналогии с уже используемым в английском языке понятием мониторинга для обозначения контроля испытаний ядерного оружия (nuclear monitoring).

Риск возникновения чрезвычайных ситуаций при проведении ядерных испытаний достаточно велик и связан с возможным радиоактивным заражением местности даже при проведении подземных испытаний ядерного оружия. Поэтому уже в начале 70-х годов прошлого столетия важное внимание уделялось вопросам оценки риска и безопасности проведения испытаний. Работы в данном направлении носили закрытый для широкой научной общественности характер, но, тем не менее, полученные в них научные результаты, по мере снятия с них грифа секретности легли в основу многих методик по обеспечению безопасности в чрезвычайных ситуациях, связанных с выбросами радиоактивных веществ в атмосферу.

Продолжение работ в научном направлении информационного мониторинга риска чрезвычайных ситуаций в дальнейшем связано с контролем аварийных космических аппаратов (КА), оснащенных ядерными энергетическими установками. Данные работы выполнялись в конце 80-х годов прошлого века в Военно-космических силах с привлечением институтов Академии наук, предприятий промышленности и войсковых частей. В результате проведенных исследований были отработаны методики контроля аварийных КА с ядерными источниками энергии на борту.