Роль прикладной математики в системе подготовки специалистов МЧС России

УДК 378.1

В.Т. Гальченко, О.Н. Бахтиярова

РОЛЬ ПРИКЛАДНОЙ МАТЕМАТИКИ В СИСТЕМЕ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ

МЧС РОССИИ

За последние 10 - 15 лет в России и других странах происходит существенный рост количества чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, они сопровождаются большим количеством пострадавших, наносят значительный материальный ущерб населению и экономике.

В связи с этим важнейшими задачами МЧС России являются прогнозирование возникновения чрезвычайных ситуаций, оценка их возможных последствий, подготовка данных для поддержки принятия решений по предупреждению ЧС и ликвидации их последствий, оценка рисков.

Решить указанные задачи могут инженеры в области прикладной математики, владеющих знаниями фундаментальной и прикладной математики, физики, информационных технологий, языков программирования, специальных дисциплин, изучающих различные аспекты чрезвычайных ситуаций. Подготовка таких специалистов - одна из важнейших задач высших учебных заведений МЧС России.

Ключевые слова: чрезвычайные ситуации природного и техногенного характера; задачи МЧС России; подготовка специалистов МЧС России.

V. Galchenko, O. Bakhtiyarova

THE ROLE OF APPLIED MATHEMATICS IN THE SYSTEM OF TRAINING SPECIALISTS OF THE EMERCOM OF RUSSIA

For the last 10 - 15 years the quantity of natural and man-made emergency situations in Russia and other countries were considerably increased, they were accompanied by great quantity of victims, they damaged to the population and the economy.

In accordance with it the important tasks of the EMERCOM of Russia are forecasting the emergency situations, evaluation of possible consequences, preparation of data for support of decision making for notice of disasters and elimination the consequences, risk estimation.

These questions can be solved by engineers in the sphere of applied mathematics, who has knowledge of fundamental and applied mathematics, physics, informational technologies, algorithmic languages, special subjects, consisting of various aspects of natural and man-made disasters. Training such specialists is one of the most important spheres of work of higher educational establishments of the EMERCOM of Russia.

Key words: natural and man-made emergency situations; tasks of the EMERCOM of Russia; training of specialists in higher educational establishments of the EMERCOM of Russia.

Анализ статистических данных по количеству чрезвычайных ситуаций за последние 10 - 15 лет как в нашей стране, так и за рубежом показывает, что происходит существенный рост ЧС как природного, так и техногенного характера, они сопровождаются, как правило, большим количеством пострадавших, нуждающихся в помощи, их последствия становятся всё более разрушительными. Так,

92 -

Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2014'2

например, ежегодно в нашей стране возникает около 1,5 тыс. достаточно крупных чрезвычайных ситуаций. Более 20 миллионов россиян проживают в зонах возможных разрушительных землетрясений, территория Российской Федерации площадью около 500 тыс. км 2 периодически подвержена наводнениям, из них с катастрофическими последствиями - 150 тыс. км 2, на этой территории расположено более 300 городов, десятки тысяч посёлков и сёл, более 7 млн га сельскохозяйственных угодий, на активно охраняемой территории лесного фонда ежегодно насчитывается от 12 до 36 тыс. лесных пожаров, охватывающих площадь до 2 млн га лесных земель, потери нефти из-за аварий на нефтепроводах превышают 1 млн т в год.

Чрезвычайные ситуации наносят значительный материальный ущерб населению и экономике страны. Так среднестатистический материальный ущерб от наводнений по стране составляет около 3,5 млрд долларов в год, от лесных пожаров - около 35 % от общего ущерба, причинённого пожарами экономике России. Кроме материального ущерба, чрезвычайные ситуации приводят к загрязнению окружающей среды и негативному воздействию на человека.

В связи с этим одной из важнейших задач является предупреждение возможных чрезвычайных ситуаций, что ещё раз подтвердил на Всероссийском сборе руководящего состава МЧС России глава ведомства Владимир Пучков.

Потенциальная опасность последствий чрезвычайных ситуаций требует оперативной оценки возможной обстановки с целью принятия своевременных и обоснованных решений по ликвидации последствий ЧС и спасению пострадавших.

Решение задач по прогнозированию возникновения чрезвычайных ситуаций невозможно без создания математических моделей физических, химических, технологических и других процессов, приводящих к ЧС, а оценка последствий возможных чрезвычайных ситуаций - без проведения расчётов количественных показателей. Причём получение этих данных в требуемые сроки достаточно затруднительно без использования программных реализаций алгоритмов оценки последствий ЧС.

Не менее важной в условиях риска или неопределённости является подготовка объективных и взвешенных данных о возникшей или возможной чрезвычайной ситуации для лица, принимающего решение о предупреждении ЧС или ликвидации её последствий. Для этого могут быть использованы методы теории принятия решения, а также различные инструменты графического отображения данных, в том числе программы ЭВМ для построения трёхмерных моделей зон ЧС и потенциально опасных объектов.

Решить указанные задачи могут инженеры по специальности «Прикладная математика», владеющие знаниями в области фундаментальной и прикладной математики, физики, информационных технологий, языков программирования, специальных дисциплин, изучающих различные аспекты чрезвычайных ситуаций.

Прикладная математика - это область математики, рассматривающая применение математических методов, алгоритмов в различных областях науки и техники.

Исторически прикладная математика включала в себя прикладной анализ, дифференциальные уравнения с аналитическим элементом, теорию приближения, которая в свою очередь включала асимптотический метод, вариационный метод, численный анализ. Эти области математики были тесно связаны с развитием физики, вследствие чего, границы между математикой и физикой не были чёткими вплоть до середины XIX века.

_ 93

Научные и образовательные проблемы гражданской защиты - 2014'2

В настоящее время термин «прикладная математика» используется в более широком значении. К ней относятся такие разделы математики и информатики, как численные методы, математическая физика, линейное программирование, оптимизация и исследование операций, механика сплошных сред, биоматематика и биоинформатика, теория информации, теория игр, теория вероятностей и статистика, финансовая математика и теория страхования, криптография, теория графов в приложении к сетевому планированию.

Поскольку реальные процессы, в том числе и приводящие к возникновению чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, достаточно сложны для исследования, то их заменяют соответствующими математическими моделями. Они тем точнее описывают реальный процесс, чем больше факторов, влияющих на его протекание, в них учтено.

Под математическим моделированием понимают описание реальных физических, химических, технологических, биологических, экономических и других процессов в виде уравнений и неравенств.

Математическая модель помогает понять основные свойства процесса, его внутренние связи, законы развития, саморазвития и взаимодействия с окружающей средой; научиться управлять процессом, определять наилучшие способы управления при заданных целях и критериях; прогнозировать прямые и косвенные последствия реализации заданных способов и форм воздействия на него.

Достижения последних лет в области вычислительных математических методов и программного обеспечения оказали огромное влияние на развитие вычислительной инженерии, позволяющей точнее и быстрее осуществлять необходимые вычисления для имитации процессов или решения определённых задач в области науки и практики.

С развитием электронно-вычислительных машин тесно связано и математическое моделирование. Кроме значительного сокращения времени вычислений, использование компьютеров позволяет имитировать поведение сложных процессов и явлений, некоторые из которых вообще не могут быть изучены непосредственным образом (на основе эксперимента), поскольку эти эксперименты или невозможны, или слишком дороги и рискованны для человека и/или среды его обитания.

Для успешного математического моделирования необходимы не только знание и понимание сущности моделируемого процесса, причин, его порождающих. Может случиться так, что эта сущность ещё не известна, а тем не менее оказывается возможным в случае, если известны определённые связи разных частей изучаемого процесса, создать математическую модель, достаточно точно отражающую его внешние необходимые стороны, и тем самым получить возможность прогнозировать его дальнейшее развитие, просчитывать риски.

В области предупреждения ЧС это своевременный анализ, мониторинг и моделирование чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера; мониторинг и краткосрочное прогнозирование сейсмической обстановки, объектов токсичных и радиоактивных отходов, трансграничных водных ресурсов; создание объединённых банков данных об опасных природных процессах, о чрезвычайных и кризисных ситуациях для дальнейшего обобщения и прогнозирования развития событий.

Решение задач по прогнозированию возникновения чрезвычайных ситуаций и оценки их возможных последствий являются частью задач, решаемых научными подразделениями МЧС России,

в том числе ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) и научными лабораториями, созданными в высших учебных заведениях министерства.

В связи с этим возникает необходимость подготовки для этих подразделений высококвалифицированных специалистов, способных решать указанные задачи, в том числе инженеров по специальности «Прикладная математика». К огромному сожалению, подготовка специалистов по этой специальности в Академии гражданской защиты МЧС России уже несколько лет, как прекращена. А кто же должен пополнять научные подразделения министерства и решать стоящие перед ним задачи по прогнозированию возникновения чрезвычайных ситуаций, оценке их возможных последствий, подготовке данных для поддержки принятия решений по предупреждению ЧС и ликвидации их последствий, оценке рисков? Кто будет:

- давать математическую постановку стоящих перед МЧС России задач;

- выбирать подходящие математический аппарат и методы решения поставленных задач;

- создавать алгоритмы решения задач и их программные реализации;

- строить математические модели физических, химических, технологических и других процессов, приводящих к чрезвычайным ситуациям;

- исследовать системы управления;

- на основе проведённого математического анализа вырабатывать практические рекомендации?

Всё это способны выполнять квалифицированные специалисты в области прикладной

математики, системного анализа и управления, подготовка которых идёт по двум направлениям: предметная область и математика.

Кроме того, в свете новых требований, предъявляемых в настоящее время к выпускникам высших учебных заведений России, в том числе и учебных заведений МЧС России, необходимо повысить фундаментальную математическую подготовку всех выпускаемых специалистов, усилить прикладную направленность курсов высшей и прикладной математики.

Успешно достигнуть поставленные цели в Академии гражданской защиты МСЧ России можно только при хорошо скоординированной работе кафедр высшей математики и системного анализа и управления со специальными кафедрами, развитии научных исследований профессорско-преподавательским составом кафедр, привлечении к научной работе как можно большего количества слушателей, курсантов и студентов Академии, повышения качества выпускных квалифицированных работ, в том числе выполненных по заказам подразделений МЧС России.

Литература

1. Смирнов С.Д. Психология и педагогика для преподавателей высшей школы. М.: МГТУ им. Баумана, 2007. - 395с.

2. Волков И.К., Загоруйко Е.А. Исследование операций. М.: МГТУ им. Баумана, 2000. - 436 с.

3. Вестник МЧС России: коротко о важном. М.: МЧС-2013. - 82 с.