Проблема учёта неопределённости при управлении региональной безопасностью

УДК 004.9

С.Ю. Яковлев

Институт информатики и математического моделирования технологических процессов Кольского НЦ РАН

ПРОБЛЕМА УЧЁТА НЕОПРЕДЕЛЁННОСТИ ПРИ УПРАВЛЕНИИ РЕГИОНАЛЬНОЙ БЕЗОПАСНОСТЬЮ*

Аннотация

Обсуждается понятие неопределённости. Устанавливаются виды неопределённостей, существенные для управления региональной безопасностью, рассматриваются различные подходы к формализации этих видов. Конструируется обобщённый алгоритм управления безопасностью, ориентированный на работу с неопределённостями.

Ключевые слова:

региональная безопасность, учёт неопределённости, информационные технологии.

S.Yu. Yakovlev

THE PROBLEM OF UNCERTAINTY ACCOUNTING AT REGIONAL SAFETY MANAGEMENT

Abstract

The concept of uncertainty is discussed. The types of uncertainties that are essential for regional safety management are defined, and various approaches to formalizing these types are considered. The generalized safety management algorithm is developed, oriented to work with uncertainties.

Keywords:

regional safety, uncertainty accounting, information technologies.

Введение

Фактор неопределённости в той или иной форме проявляется при решении задач управления в различных областях. В сфере региональной безопасности этот фактор также присутствует и играет важную роль. Необходимость количественной оценки неопределённости при управлении риском не вызывает сомнений, однако отечественных исследований и публикаций на эту тему явно недостаточно [1, 2].

Учёт и формализация неопределённости в исследованиях по безопасности осуществляются в явной и/или неявной формах: посредством идентификации и анализа различных видов неопределённости и/или путём изначального применения вероятностных, возможностных или иных подходов. Также общей тенденцией является стремление снизить неопределённость, если это возможно и/или целесообразно.

* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проекты №№ 15-07-02757, 15-29-06973, 15-07-04290).

В настоящей статье: обсуждается понятие неопределённости; устанавливаются виды неопределённостей, существенные для управления региональной безопасностью; рассматриваются различные подходы к формализации этих видов; конструируется обобщённый алгоритм управления безопасностью, ориентированный на работу с неопределённостями.

Конечной целью исследований является создание информационной технологии поддержки управления безопасностью региона в условиях неопределённости.

1. Понятие неопределённости

Сначала конкретизируем само понятие «неопределённость», что необходимо, поскольку нормативные определения этого понятия в отечественной правовой базе по управлению риском отсутствуют [2].

В словарях В.И. Даля и С.И. Ожегова исходным является термин «неопределённый», который раскрывается следующим образом.

«В точности неизвестный; неисследованный, несосчитанный, неизмеренный, неописанный по всем признакам своим; темный, гадательный и сомнительный. Неопределимый, недоступный исследованию, определению» (В.И. Даль).

«1. Точно не установленный. В неопределенном направлении.

2. Не вполне отчетливый; неточный, неясный» (С.И. Ожегов).

Таким образом, в словаре В.И. Даля отмечается как неточность, неполнота, так и возможность полного отсутствия информации, знания о ком(чём)-либо.

Примем пока следующее рабочее определение: неопределённость -неполнота, неточность, неоднозначность информации, знания о чём-либо.

В настоящее время в науке и технике термин «неопределённость» используется как понятие качественное (в данной выше трактовке), так и количественное (например, в метрологии - как мера разброса, интервал значений).

Для каждого параметра (характеристики, атрибута, фактора) может быть предложена следующая ранжировка (градация) степени неопределённости:

• полная неопределённость (полное незнание, отсутствие информации), когда само наименование параметра неизвестно;

• известно наименование (или набор возможных наименований) параметра;

• известен набор значений, или диапазон значений, или вероятностные (или иные) характеристики возможных значений параметра;

• полная определённость (полное знание), когда известно точное (детерминированное) значение параметра.

Такое ранжирование позволяет, во-первых, отождествить понятия «степень неопределённости» и «степень незнания» (или, что равносильно, «степень определённости» и «степень знания»), во-вторых, явно наталкивает на мысль о количественной оценке степени знания по аналогии, например, с вероятностью. Введём обозначение для степени знания - Kn (от английского knowledge). Тогда состоянию «полное незнание» естественно приписать значение Kn = 0, состоянию «полное знание» - значение Kn = 1.

Во многих работах обсуждается соотношение понятий «риск» и «неопределённость», причём разброс мнений очень широк [1, 2]. В настоящей статье мы придерживаемся принятого и апробированного ранее [3] определения риска как количественной меры опасности, а неопределённость трактуем как один из атрибутов (одну из составляющих) возможной опасности (риска).

Перейдём к задачам управления региональной безопасностью и свойственных им видам неопределённости.

2. Основные виды неопределённостей при решении задач управления региональной безопасностью

Типовая система управления региональной безопасностью, её функции и задачи описаны ранее в работах [4 - 8]. Каждой функции, задаче, этапу функционирования системы свойственны свои виды неопределённости. Задачи анализа промышленно-природного риска обычно [2] разделяют на две большие составляющие - анализ экологического риска (загрязнение окружающей среды в режиме штатной эксплуатации объектов техносферы) и анализ аварийного риска (воздействие поражающих факторов аварий и инцидентов). Настоящая работа в основном касается второй составляющей - управлению региональной безопасностью в чрезвычайных и кризисных ситуациях.

По нашему мнению и мнению автора [9], одним из исходных (но зачастую неожиданных, забываемых и/или игнорируемых) источников (видов) неопределённости при решении фактически любой задачи управления региональной безопасностью является неопределённость терминологии, т.е. неоднозначная трактовка основных понятий (в т.ч. даже включая термины «безопасность» и «риск»). Поэтому «борьбу с неопределённостью» следует начинать именно с установления однозначно толкуемого всеми участниками (в рамках рассматриваемой системы или решаемой задачи) тезауруса. Желательно, чтобы основные определения были достаточно просты, конкретны и конструктивны. Опорная система понятий должна быть определена и принята заблаговременно. Понятийная основа предназначена для лиц, принимающих решения, а также для разработчиков программного обеспечения, т.е. она должна быть реализована («зашита») и в информационных технологиях управления. С этим видом неопределённости тесно связана и неопределённость нормативно -правовой базы в сфере региональной безопасности. В частности, основные определения, приведённые в федеральных актах, не всегда удовлетворяют требованиям простоты и конструктивности [3]. Опорный (исходный) свод нормативно-методической документации также должен быть сформирован заблаговременно.

Следующий вид - неопределённость целеполагания, в частности, многокритериальность задач управления региональной безопасностью. В качестве критериев могут фигурировать: время выполнения задачи, стоимость работ, уровень безопасности (риска), значение возможного ущерба. В области решения многокритериальных задач разработаны различные подходы и методы.

Далее отметим такую важную и разнородную составляющую, как неопределённость информации о текущей обстановке. Для многих задач управления региональной безопасностью характерна неполнота и/или неточность знаний о текущей ситуации: информации об аварии или инциденте

(исходном событии), состоянии безопасности управляемых объектов и процессов, характеристиках сил и средств борьбы с авариями, природно-климатических условиях, сведениях о скорости изменения (нестабильности) обстановки.

Неопределённость может порождаться многоальтернативностью возможных решений (например, допустимостью применения различных технологий локализации и ликвидации чрезвычайной ситуации), междисциплинарным характером задачи.

Неопределённость прогноза обстановки и оценки последствий принятых решений. Здесь играют роль как неопределённость исходных данных, так и неточность используемых моделей и методик. Несмотря на многообразие методической базы, она явно недостаточна: разные подходы дают разные результаты для одного и того же процесса, оценки порой очень грубые и упрощённые, не учитываются важные факторы (например, рельеф местности, время года, инфраструктура и т. п.), нечётко сформулированы принятые соглашения, ограничения и допущения (область применимости).

Для ряда задач региональной безопасности может иметь место неопределённость, обусловленная столкновением интересов двух или более сторон.

Также возможны структурные неопределённости, обусловленные неполнотой информации о структуре системы управления, объекта управления, окружающей среды.

Кроме того, возможно (при необходимости) выделение таких видов неопределённости, как промышленная, экологическая, экономическая (в т.ч. финансовая), социальная, политическая.

Возможна классификация видов неопределённости по этапам процесса управления (оценка обстановки, идентификация задачи, концептуальная модель ситуации, расчётные модели, выработка рекомендаций, реализация решения, передача информации). Иногда выделяют «человеческий фактор» как особый источник и вид неопределённости [9]. Обзор возможных классификаций и описание видов неопределённостей также можно найти в [9].

3. Принципы и методы учёта неопределённостей при управлении риском

Представляется возможным и целесообразным применять к учёту неопределённости те же принципы и подходы, которые используются при определении и/или оптимизации уровня риска и безопасности: принцип приемлемого риска, принцип оптимизации соотношений выгоды и ущерба. Так, при управлении риском производится сопоставление показателей одновременного увеличения и снижения риска. Такое сопоставление требует введения общей меры для показателей, позволяющей количественно выразить в одних и тех же единицах как ущерб, так и выгоды от принятия того или иного решения. Затем формируется общая (интегральная) оценка возможного ущерба и аналогичная оценка возможной выгоды. Польза (П) от выбранного решения может быть определена в виде разности оценки выгоды и оценки ущерба. Если польза положительна, то такое решение оправдано, целесообразно. В противном случае (П<0) решение влечёт больше отрицательных, чем положительных последствий. Одним из продвинутых примеров реализации такого подхода является ядерная энергетика. Ещё одним примером применения подхода

является swot-анализ, имеющий дело в основном с качественными оценками. Также в качестве аналога можно отметить метод анализа «затраты - выгоды», применяемый при оценке привлекательности инвестиционных проектов, а также для обоснования оптимальных значений количественных показателей безопасности.

К числу традиционных и апробированных подходов к формализации неопределённостей в анализе рисков можно отнести:

• теорию вероятностей и математическую статистику, случайные графы;

• логико-вероятностное моделирование;

• теорию нечётких множеств, нечёткие графы;

• сценарный анализ;

• анализ разномасштабных событий на основе самоподобия;

• теорию хаоса, теорию катастроф (синергетика или нелинейная динамика).

Каждый из подходов имеет свою область применения. Обзор подходов к количественной оценке неопределённостей содержится в [9].

Различные методы и подходы в оценке различных неопределённостей порождают спектр возможных форм результатов оценки. Однако для принятия решений на завершающем этапе желательно привести эти результаты к единой, векторной или скалярной форме [2]. Так, риск чаще всего представляют в виде пары «вероятность - ущерб». Неопределённость тоже следует привести к скалярному показателю вроде «степени доверия» или меры возможного разброса результатов. Перспективным представляется подход, аналогичный интервальному оцениванию (точность и надёжность статистических оценок) в математической статистике (что также упоминается в [9]).

4. Методология учета неопределённостей при управлении региональным риском

Близким к принимаемому в настоящей работе является подход, развиваемый для оценки успешности инфраструктурных проектов [10]. Авторами предлагается метод построения двусторонних матриц рисков-шансов, учитывающий дуалистический характер неопределённостей при реализации проектов. Выделяются два подхода к оценке и планированию: детерминированный (рассматривается наиболее вероятный сценарий) и рисковый (выполняется вероятностный анализ всего сценарного графа). Для первого подхода случайные величины возможных критериев заменяются детерминированными характеристиками, при этом для компенсации возникающих неопределённостей вводятся запасы и рассчитываются предельно допустимые значения критериев. Для второго подхода строится сценарное дерево реализации проекта, включающее в себя три основных сценария (базовый, оптимистический и пессимистический) и случайные факторы влияния на проект (приводящие к ветвлению сценариев). Каждый исход (конечное состояние) характеризуется набором критериальных параметров и вероятностью. Для сопоставления различных исходов вводится многокритериальная функция полезности, далее строится профиль полезности (распределение полезности по сценариям). Формируется матрица рисков/шансов в координатах полезность (ось абсцисс) и вероятность (ось ординат), она имеет

две составляющих - левостороннюю (негативные случайные факторы, пессимистические сценарии, отрицательная полезность) и правостороннюю (позитивные факторы, оптимистические сценарии, положительная полезность). Далее в этих же координатах строятся критериальные линии рисков и шансов, разделяющие полуплоскость полезность - вероятность на области категорирования.

В настоящей работе оценку безопасности и полезности принимаемых решений предлагается осуществлять на основе случайной величины возможного ущерба от разнородных риск-факторов, включая фактор неопределённости. Сопоставление «негативных» оценок риска с «позитивными» оценками эффективности (возможная польза, выгода) способствует принятию сбалансированного решения. Предполагается разработка методов количественной оценки рисков и выгод с учётом неопределённости и создание модели формирования единого фазового пространства принятия решений.

Рассмотрим вопрос понижения степени неопределённости или пополнения информации (знания). Во-первых, необходимо выяснить, возможно ли это в принципе. Во-вторых, если пополнение в принципе возможно, следует обосновать его целесообразность. Не имеет смысла уточнять и/или пополнять информацию, если это будет слишком дорого стоить или займёт неоправданно много времени. Решение этого вопроса зависит в том числе и от того, осуществляется в данный момент заблаговременное (например, стратегическое) планирование или оперативное (например, кризисное) управление. Приведённые рассуждения позволяют построить укрупнённый алгоритм информационной технологии управления региональной безопасностью с учетом неопределённостей (рис.).

Предполагается циклическое использование приведённого алгоритма на различных этапах процесса управления региональной безопасностью.

Заключение

Разработаны основы подхода к учету фактора неопределённости при управлении региональной безопасностью. Описаны основные этапы управления и свойственные им виды неопределённости. Дан обзор возможных методов формализации неопределённостей. Сформулирована идея оптимизации степени неопределённости, отражающая дуалистический (позитивный и негативный) характер принимаемых решений и основанная на формировании интегрального количественного показателя эффективности. Сопоставление оценок риска с оценками возможной выгоды способствует принятию сбалансированного решения с приемлемым уровнем риска.

В целом можно констатировать, что, как и в исследованиях риска [1], при анализе неопределённости вряд ли возможно использование единого, унифицированного подхода, пригодного для всех аспектов проблемы управления безопасностью, в т. ч. региональной. Поэтому оценку неопределённостей, по-видимому, следует выполнять для различных задач различными методами [9].

Алгоритм управления безопасностью с учётом неопределённостей

Дальнейшие исследования по количественному анализу неопределённости при управлении риском предполагают:

• рассмотрение проблемы на примере конкретных чрезвычайных ситуаций, свойственных региональному уровню;

• формирование информационной технологии управления региональной безопасностью с учётом неопределённостей.

Литература

1. Быков, А.А. Об анализе риска, концепциях и классификации риска / А.А. Быков, Б.Н. Порфирьев // Проблемы анализа риска. -2006. -Т.3, №4. - С.319-337.

2. Колесников, Е.Ю. Количественное оценивание неопределенности техногенного риска. Ч.1. / Е.Ю. Колесников // Проблемы анализа риска. - 2013.

- Т.10, № 2. -С.48-71.

3. Яковлев, С.Ю. Безопасность труда и промышленная безопасность / С.Ю. Яковлев // Barents Newsletter on Occupational Health and Safety. - Helsinki, 2001. - Vol. 4, No. 1. -С37-39 (in Russian).

4. Путилов, В.А. Система управления безопасностью региона / В.А. Путилов, С.Ю. Яковлев // Региональные информационные системы: сборник научных трудов. -Ч.1. - Апатиты: КНЦ РАН, 1995. - С.7-14.

5. Яковлев, С.Ю. Основные положения концепции информационного обеспечения управления промышленной безопасностью региона (на примере Мурманской области) / С.Ю. Яковлев // Теоретические и прикладные модели информатизации региона: сборник научных трудов. - Апатиты: КНЦ РАН, 2000. - С.12-19.

6. Яковлев, С.Ю. Прикладные разработки ИИММ КНЦ РАН по информационной поддержке обеспечения безопасности региональных промыш-ленно-природных комплексов / С.Ю. Яковлев // История науки и техники.

- 2014. - №1. - С.107-123.

7. Маслобоев, А.В. Информационное измерение региональной безопасности в Арктике / А.В. Маслобоев, В.А. Путилов. - Апатиты: КНЦ РАН, 2016. - 222 с.

8. Маслобоев, А.В. Развитие методологии сетецентрического управления региональной безопасностью. Системный анализ проблемы / А.В. Маслобоев, В.А. Путилов // Труды Института системного анализа РАН. -Ч.1. -2016.

- Т.66. - №1. - С. 26-39.

9. Колесников, Е.Ю. Количественное оценивание неопределенности техногенного риска. -Ч.2. / Е.Ю. Колесников // Проблемы анализа риска. - 2013.

- Т.10, № 3. -С.8-31.

10.Махутов, Н.А. Оценка успешности реализации инфраструктурных проектов с учетом факторов неопределенности и многокритериальности принятия решений / Н.А. Махутов, Д.О. Резников, В.П. Петров // Проблемы анализа риска. - 2013. - Т.10, №3. - С.32-45.

Сведения об авторе

Яковлев Сергей Юрьевич - к.т.н, старший научный сотрудник, доцент, е-mail: yakovlev@iimm. ru

Sergey Yu. Yakovlev - PhD. (Tech. Sci.), senior researcher, associate professor