Методики автоматизированной оценки безопасности человека в зонах жизнедеятельности

На пороге XXI в. Человечество оказалось лицом к лицу с проблемой выживания, вызванной последствиями индустриализации и активным удовлетворением материальных потребностей [61]. С одной стороны, биосфера уже не выдерживает антропогенное давление, и в «неисчерпаемых» недрах Земли «показалось дно», с другой, — человек оказался не способен держать под контролем им же созданные информационно-энергетические системы [1−3]. Это является причиной различных аварий и катастроф. С ростом масштаба техногенной деятельности, ведущей к концентрации больших запасов энергии и вещества как раз в местах скопления людей, последствия кризисных ситуаций значительно усугубляются. Достаточно развитая в последние 20 лет информационная сфера позволила не только увидеть эту проблему в «полный рост», но и поставить её перед широкой общественностью, подведя людей к осознанию необходимости решения задачи обеспечения устойчивого развития цивилизации. Включилась в этот процесс и Россия.

Устойчивое развитие человеческой цивилизации предполагает, прежде всего, создание условий жизнедеятельности человека, ради которого собственно и осуществляется это развитие. Он же (человек) является и непосредственной силой, его (развитие) реализующей. Ценность людских ресурсов для Природы является наивысшей, потому что через человека она осуществляет самопознание. Без человека (во всяком случае, для человеческого общества) нет ни объекта, ни предмета развития. «Мы должны переместить акценты — чтобы на первом месте как главная ценность, был человек, причём не на словах, а на деле. Чтобы человек действительно, в подлинном смысле стал мерой всего, мерой всех вещей, как говорил Протагор, в том числе и мерой всех наук, всего прогресса» , — писал академик Фролов И. Т. [4]. В [5] целью и принципами социальной безопасности объявлено сохранение и развитие человеческого потенциала: надёжная охрана жизни, восстановление и улучшение здоровья." .

Тем не менее, цифры гибели и травматизма людей впечатляют. Так, согласно статистике последнее время в России каждый год только в результате аварий и катастроф, в том числе на автомобильных дорогах, гибнет более 50 тысяч человек, вследствие техногенных чрезвычайных ситуаций (ЧС) серьёзно травмируется до 250 тыс. человек [2, 95].

На основании кривых роста средней продолжительности жизни человека в зависимости от её качества биологи предполагают, что эта величина имеет естественный предел равный примерно 100 лет [6]. В то же время даже в развитых странах человек обычно на 25% недо расходует свой «законный» ресурс. В России продолжительность жизни меньше, чем в западных странах на 10 лет, 30% населения умирает в трудоспособном возрасте, тогда как в США — 10%- разрыв в продолжительности жизни мужчин и женщин достиг 14 лет [8]. Кроме того, в процессе жизни и, в особенности, в конце её людей преследуют болезни, хотя, по словам русского физиолога Мечникова конец должен быть постепенным и желанным.

Внутренние угрозы безопасности личности и общества, исходящие от природных явлений и техногенных объектов, серьёзны как никогда. Задача инженерной защиты территории России на случай техногенных аварий и природных аномальных явлений в целом не решена. Вероятность возникновения и ущерб от катастроф и других негативных явлений увеличиваются из-за «неадекватности применяемых нами средств анализа, методов работы и стоящих за ними онтологических картин и подходов» [7].

Таким образом, в процессе устойчивого развития актуально решение задачи обеспечения безопасности человека. Для этого необходимо создать ряд условий, как результат принятия решения в цикле организационного управления. Управление строится на знании об управляемой системе и особенностях управления в конкретных условиях. Под управляемой системой здесь понимается совокупность методов, средств и орудий обеспечения безопасности жизни человека, а особенностями управления — социально-экономические, природные, технические и организационные факторы, а также состояние уровня знаний о возникновении опасностей, их характере, механизмах и последствиях реализации. Цикл управления обеспечением безопасности начинается с экспертизы безопасности. Её содержание заключается в следующем:

— определить множество воздействий;

— выделить значимые воздействия и определить их уровни;

— установить допустимые пределы воздействий;

— оценить степень безопасности для человека.

По результатам экспертизы делается заключение о безопасности и далее разрабатывается управленческое решение на комплексное принятие соответствующих мер.

В [9] перечислено 110 видов вредного воздействия на человека как живой организм. По генезису они объединяются в группы [10]: природные, техногенные, антропогенные, биологические, экологические и социальные. Каждый вид воздействий имеет свою природу возникновения и проявления и может быть детально изучен в рамках соответствующей науки или области прикладных исследований. Широкий спектр существенно различных воздействий предопределил ситуацию фактического отсутствия как методического обеспечения комплексной оценки общего результата их проявления — смерть и болезни человека (в масштабе регионов и социальных групп населения), так и интегрированного информационного обеспечения решения этой задачи.

Отдельные аспекты оценки безопасности человека рассмотрены в большом количестве работ, в число которых входят [1,2,5,12−25,95]. Изучение влияния факторов внешней среды на современном статистическом материале и методической базе предпринято в [8,26−29] и др. В [11] отмечается, что ряд экспертов имеют в виду косвенные показатели безопасности личности, общества, государства, не рассматривая эту безопасность непосредственно. Так, в [24] предлагается несколько критериев, но они не выводят анализ прямо на оценку безопасности населения, а служат для характеристики экологического состояния территорий.

Комплексно задача поставлена и на концептуальном уровне в методическом плане рассмотрена в [10,30], однако до практически значимых моделей и методик дело не дошло. Исследования в этой области проводят также Международная и Тихоокеанская академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ, ТАНЭБ) и др.

В [95] рассмотрена задача оценки опасности для населения и окружающей среды от воздействия ЧС, получены математические соотношения и проведены расчёты для районирования территории страны по степени опасности. В качестве критериев районирования используется показатель — количество населения, проживающего в зонах опасности. Для оценки безопасности человека введен показатель — средний индивидуальный риск смерти в год в ЧС, вычисляемый как доля погибших в регионе за год к численности населения региона.

Такие оценки, безусловно, важны, но они недостаточны для комплексной оценки безопасности жизни человека, потому что не учитывают следующее:

— априорные оценки вероятности ЧС;

— возможность пересечения зон поражения и образования вторичных факторов поражения;

— существенное (с социальной точки зрения) отличие оценок индивидуальной безопасности и потерь населения;

— нелинейность предпочтений лица, принимающего решения (ЛПР) при расчёте комплексной оценки.

Кроме того, для комплексных оценок безопасности жизни человека необходимо учитывать не только факторы ЧС. Такие оценки должны включать заболеваемость людей (в т.ч. и в результате ЧС) и среднюю продолжительность жизни.

Многоаспектность и информационная объёмность задачи комплексного учёта и анализа, как значений, так и характера проявления всех значимых факторов в условиях неопределённости служит причиной того, что построение адекватной математической модели проблематично. Перспективный путь решения задачи заключается в создании информационно-аналитической системы, аккумулирующей все исходные данные и позволяющей пользователю обрабатывать их по целесообразным с его точки зрения методам. Такая система должна быть открыта для дополнения созданного арсенала частных моделей и методик, коррекции и ввода значений коэффициентов и экспертных оценок. Предпосылкой к этому является то, что информация о воздействиях на безопасность человека, допустимых уровнях таких воздействий в основном добывается и накапливается в различных базах данных (БД). Не налажен лишь процесс её комплексной обработки и представления для принятия решения на федеральном или региональном уровне.

Эксплуатируемые или разрабатываемые системы предназначены, главным образом, для мониторинга экологических параметров местности и организации действий по ликвидации чрезвычайных ситуаций [33, 34]. В органах государственной власти эксплуатируются системы, позволяющие косвенно оценить отдельные аспекты, однако провести комплексную непосредственную оценку безопасности жизни людей с их помощью трудоёмко. Это обстоятельство приводит к тому, что такие оценки проводятся крайне редко.

В [7] при развёртывании диаграммы тематизмов обеспечения безопасности указано на необходимость и приоритетность разработки методического и организационно-управленческого обеспечения. При недостаточной проработанности этих видов обеспечения оказываются не эффективными также другие виды обеспечения, в особенности, информационное и знаниевое. В то же время использование информационной технологии (ИТ) позволило бы по заданному регламенту, в соответствии с принятыми протоколами, собирать, накапливать, обрабатывать и по специальному сценарию своевременно представлять информацию. Такая технология может являться средством управленческого обеспечения и создать предпосылки для совершенствования и разумной формализации организационного обеспечения, которое должно быть направлено на её кадровое, нормативное, материально-техническое, финансовое обеспечение и правильное использование.

Основой создания ИТ является разработка процедур логико-аналитической обработки входной информации для получения и представления ЛПР выходных оценок. Под логико-аналитической обработкой информации понимается её преобразование по логическим или аналитическим зависимостям [40]. Такие процедуры строятся на формализованных методиках расчёта значений выходных оценок и алгоритмах обработки и представления информации. Программная реализация методик и алгоритмов позволяет построить автоматизированную информационную технологию оценки и анализа состояния безопасности жизни человека.

Таким образом, актуальность развития методического обеспечения проведения экспертизы безопасности человека в зоне жизнедеятельности предопределила тему предлагаемой работы: методики автоматизированной оценки безопасности человека в зонах жизнедеятельности.

Целью работы является повышение объективности и оперативности подготовки решений по нейтрализации угроз безопасности личности и общества на основе решения важной научно-прикладной задачи автоматизированной оценки безопасности человека в зонах жизнедеятельности в интересах реализации Концепции национальной безопасности.

Исходя из этого, объектом исследования является состояние безопасности человека, а предметом — выявление и формализация значимых факторов и устойчивых связей между ними в области анализа и оценки безопасности человека.

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

1) анализ предметной области;

2) разработка вербальной модели оценки безопасности человека в зонах жизнедеятельности;

3) разработка формализованных методик оценки частных показателей для оценки безопасности человека в зонах жизнедеятельности;

4) разработка методик комплексной оценки безопасности человека в зонах жизнедеятельности;

5) создание инфологической модели предметной области;

6) построение структурно-функциональной модели проведения автоматизированной оценки;

7) разработка принципов построения интерфейса работы эксперта по оценке безопасности человека в зонах жизнедеятельности.

При решении поставленных в работе задач использовались методы теории множеств, теории систем и управления, методы теории вероятности и полезности, методология ГОБИ IX и 8АВТ. Для исследования адекватности и работоспособности разработанных методик проводилось натурное моделирование на ЭВМ.

Основные результаты работы, выносимые на защиту:

1) формализованная методика оценки безопасности человека в зонах жизнедеятельности при использовании индивидуального метода;

2) формализованная методика оценки безопасности человека в зонах жизнедеятельности при использовании социального метода;

3) методика получения комплексных оценок безопасности человека в зонах жизнедеятельности;

4) инфологическая модель предметной области;

5) структурно-функциональная модель работы автоматизированной системы оценки безопасности человека в зонах жизнедеятельности.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующем:

1) предложена постановка задачи комплексной оценки безопасности человека в результате действия различных факторов с учётом двух аспектов анализа: индивидуального и социального;

2) разработаны методики оценки частных показателей для двух методов: индивидуального и социального, использующие вероятностные модели описания воздействия на население различных факторов;

3) разработаны формализованные методики получения комплексных оценок на основе функций безопасности, введённых в результате прикладного развития положений теории полезности.

Практическая значимость работы заключается в том, что полученные результаты позволили:

1) разработать и внедрить в практику подготовки управленческих решений в органах исполнительной власти автоматизированные методики комплексного анализа безопасности человека в зонах жизнедеятельности;

2) уточнить районирование территории России по степени безопасности проживания населения;

3) повысить оперативность и обоснованность подготовки организационных решений в условиях ситуационных центров исполнительных органов государственной власти при планировании охранных мер и развития технической инфраструктуры.

Результаты работы представлены во введении, 3-х разделах, заключении и 3-х приложениях. Материалы диссертации изложены на 147 страницах машинописного текста, они включают 46 рисунков, 11 таблиц, а также список используемых сокращений и список использованной литературы из 98 наименований.

Первый раздел посвящён научно-методическому обоснованию подходов, использованных при разработке методик. Проведён анализ особенностей задачи оценки безопасности человека, предложены методики автоматизированной оценки как средство её решенияраскрыто содержание принципов системного подхода к созданию методик проведения анализа и получения оценки в автоматизированной режиме.

В этом разделе даны определения понятию безопасность, введены показатели оценки безопасности жизни человека. При этом использованы два метода, отражающие интересы, как личности, так и общества: индивидуальный и социальный. В главе также аргументирована целесообразность использования комплексного показателя оценки.

Для реализации системного подхода к разработке методик предложено использовать ряд основополагающих принципов проектирования систем, дана их интерпретация в практическом аспекте. Обоснован выбор стратегии создания автоматизированной системы для оценки безопасности человека.

Во втором разделе представлена совокупность методик автоматизированной обработки информации. Он включает описание алгоритмов определения значений выходных показателей на содержательном уровне, формальные методики расчёта частных и комплексных показателей безопасности. Для вычисления значений комплексных показателей использованы положения теории полезности. Реализуются они через предметно-ориентированную интерпретацию системы понятий и абстрактных объектов теории полезности, а также адаптированный к задаче и к автоматизированному применению алгоритм описания предпочтений, использующий анкеты опроса ЛПР.

Третий раздел посвящен описанию реализации формальных методик в процедурах автоматизированной обработки информации, в нём также представлены результаты расчётов с использованием разработанного методического аппарата для одного из регионов России. Раздел включает описание инфологической и структурно-функциональной моделей, принципов построения пользовательского интерфейса.

Инфологическая модель строится как модель «сущность-связь» с использованием стандарта ГОЕР1Х. В работе приведено обоснование использование такой модели и описание подхода к её реализации для рассматриваемой задачи. Сама графическая модель приведена в приложении к диссертации.

Разработка структурно-функциональной модели проведена по методологии ЭАБТ.

Для построения интерфейса системы сформулировано и обосновано 5 основных принципов, которым он должен удовлетворять с точки зрения эргономики.

В конце раздела приведены результаты оценки безопасности жизни человека в одном из регионов России в отношении некоторых факторов опасности.

Кроме того, работа содержит три приложения, в которых изложено описание сущностей, атрибутов и специальных правил целостности для инфоло-гической модели, предложены и описаны основные экранные формы работы пользователя и порядок перехода между ними, а также представлена автоматизированная процедура построения комплексных функций безопасности в диалоге с ПЭВМ.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях в Академии ФСБ, на Шестой международной конференции «Проблемы управления безопасностью сложных систем», научных семинарах на кафедре Информатизации структур государственной службы РАГС, научно-технических совещаниях в ГУИС ФАПСИ, совещаниях в аппарате СБ РФ.

Различные положения работы изложены в следующих публикациях автора, подготовленных самостоятельно и в соавторстве:

1. Трошин Д. В. Модель оценки безопасности жизни человека в зоне жизнедеятельности. // «Проблемы управления безопасностью сложных систем». Шестая международная конференция. Москва 1999. Тезисы докладов. ИПУ РАН*СП6ГУ, 1999 г.

2. Трошин Д. В. Методологическая парадигма обоснования комплексного критерия выбора управленческих решений. // Анализ систем на рубеже тысячелетий: теория и практика. Тезисы Международной науч.-практ. конференции. -М.: ИНТЕЛЛЕКТ, 1997 г.

3. Трошин Д. В. Использование геоинформационной технологии для поддержки принятия решений по размещению социально-экономических объектов. Сб. докладов. Всероссийский форум геоинформационных технологий «Форум-ГИС 97». -М., ГИС-Ассоциация, 1997 г.

4. Трошин Д. В. и др. Проблемы создания и безопасности развития комплекса специальных задач ситуационного центра. Материалы Второй межведомственной конференции «Научно-техническое и информационное обеспечение деятельности спецслужб», 4−6 февраля 1998 г. Том 1, М.-1998г.

5. Трошин Д. В. и др. Автоматизация задачи выбора зон жизнедеятельности при возникновении чрезвычайной ситуации. Материалы Второй межведомственной конференции «Научно-техническое и информационное обеспечение деятельности спецслужб», 4−6 февраля 1998 г. Том 1, М.-1998г.

Результаты диссертационной работы реализованы в:

— Ситуационном центре Совета Безопасности Российской Федерации для повышения оперативности и обоснованности управленческих решений в виде методического и информационного обеспечения;

— Главном управлении информационных систем ФАПСИ для повышения качества подготовки аналитических материалов в виде автоматизированных процедур анализа и расчёта.

Выводы по третьей главе.

Третья глава посвящена описанию практических аспектов использования разработанных автоматизированных методик.

Глава включает изложение результатов разработки инфологической и структурно-функциональной моделей решения рассматриваемой в работе задачи, обоснование и описание принципов построения интерфейса пользователя, описание и анализ результатов расчётов, проведённых по методикам.

1. Инфологическая модель построена по методологии «сущность-связь» с использование стандарта ГОЕР1Х и прикладного программного пакета ЕЯЖК. В ней отражены все необходимые объекты, их характеристики и связи, описаны специальные правила целостности. Кроме того, в структуре модели предусмотрена возможность подключения дополнительных сущностей, соответствующих различным факторам, подлежащим учёту.

2. Структурно-функциональная модель построена по методологии SADT с использование прикладного программного пакета DESING IDEF. Каждый блок модели соответствует определённому этапу или операции, составляющей технологию.

3. Для построения интерфейса сформулировано и обосновано 5 принципов, формирующих подходящую «компьютерную личность» .

4. Расчёты, проведённые на контрольном примере, подтвердили работоспособность разработанных методик и проиллюстрировали возможность проведения комплексного анализа состояния безопасности человека. Полученные оценки дают более глубокое представление о ситуации и основных угрозах безопасности по сравнению с существующими аналогами.

Заключение

.

В результате проведённых исследований в работе решена важная научно-техническая задача разработки методик для автоматизированной оценки безопасности человека в зонах жизнедеятельности, имеющая существенное значение для отрасли знаний «Применение вычислительной техники и математических методов в научных исследованиях», а также осуществлены научно обоснованные технологические разработки для подготовки управленческих решений в исполнительных органах государственной власти по обеспечению безопасности населения. В ходе проведения исследований получены следующие основные научные и практические результаты:

1) проведена постановка задачи комплексной оценки безопасности человека с учётом двух аспектов анализа: индивидуального и социального;

2) разработана методики оценки частных показателей безопасности человека в зонах жизнедеятельности при использовании индивидуального метода;

3) разработана методика оценки частных показателей безопасности человека в зонах жизнедеятельности при использовании социального метода;

4) разработана формализованная методика получения комплексных оценок безопасности человека в зонах жизнедеятельности;

5) построена инфологическая модель предметной области;

6) разработана функционально-структурная модель автоматизированной оценки безопасности человека в зонах жизнедеятельности.

Дальнейшие исследования и разработки должны быть направлены на:

— реализацию методик в составе информационной технологии в виде прикладного программного обеспечения;

— развитие и совершенствование методического обеспечения анализа воздействий различных факторов, наращивание арсенала методов и моделей для.

110 создания в перспективе банка данных воздействий различных факторов и описания последствий, к которым они приводят;

— разработку методик анализа и оценки ресурсов жизнеобеспечения в регионах для обеспечения населения в условиях дезорганизации жизни или последствий чрезвычайных ситуаций.

Кроме того, для внедрения технологии в ситуационных центрах важно детально разработать её включение в контур подготовки и принятия решений при ситуационном управлении различными процессами, так или иначе влияющими на безопасность человека.