Контакты
Подписка
МЕНЮ
Контакты
Подписка

Предотвращение опасного развития ситуаций в местах массового скопления людей. Часть 2

Предотвращение опасного развития ситуаций в местах массового скопления людей. Часть 2

В рубрику "Наука" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Предотвращение опасного развития ситуаций в местах массового скопления людейЧасть 2

В первой части статьи1 речь шла о математике и исследовании опасного развития ситуаций в местах массового скопления людей, а во второй мы поговорим, как разрешить эту ситуацию. Речь пойдет об исследовании существующих методов оценки эффективности систем инженерно-технической защиты объектов и возможностей их применения к объектам массового скопления людей
Александр Мосолов
Главный конструктор ЗАО "Амулет"

Инженерно-техническая защита является одной из основных составляющих комплекса безопасности. В ее задачи входит:

  • защита от несанкционированного проникновения и действий;
  • предупреждение и оповещение охраны о происходящих событиях;
  • анализ всех полученных данных для повышения достоверности выдаваемой информации.

Методы оценки эффективности систем

Сложность и степень защищенности объекта определяются уровнем необходимой эффективности системы.

При оценке эффективности проводится анализ системы, который позволяет выявить ее качественные характеристики и/или данные, которые указывают на недостатки системы. Это позволяет уменьшить риск несанкционированных действий на подлежащей контролю территории и оптимизировать охранные мероприятия.

Все существующие методы анализа инженерно-технической защиты основаны на качественном и количественном подходах. Качественный анализ системы, как правило, предшествует количественному. Например, измерениям должна предшествовать стадия идентификации угроз, выполняемая только на основе качественного анализа опасностей, который ведется путем просмотра изучаемой системы.

Методы анализа, основанные на качественном и количественном подходах, применяемые на различных стадиях проектирования и эксплуатации инженерно-технической системы защиты, существенно зависят от целей анализа. При этом элементы одних методов могут быть использованы для усиленной реализации других.

Качественные методы анализа
Для идентификации опасностей и выбора альтернативных средств усовершенствования достижения безопасности существенна именно качественная оценка. Она необходима для разработки альтернатив в проектируемых системах при выполнении требований, предъявляемых к системе, и при выборе контрмер безопасности при их переизбытке.

Человек не может учесть более четырех–пяти факторов одновременно в одной задаче, поэтому качественные методы анализа допускают использование грубых оценок (больше, меньше) и определенное ранжирование как по частоте встречающихся событий (никогда, редко, часто), так и по сумме наносимого ущерба.

При использовании специальных форм, технических стандартов и утвержденных норм безопасности результаты такого бинарного (соответствует/не соответствует) анализа приводят к последующим задачам оптимизации, осуществляемым количественными методами, и позволяют определить пути совершенствования инженерно-технической защиты.

Количественные методы анализа
Количественный анализ возможен на основе методов объективного измерения и прогнозирования последствий развития опасных событий. При проведении количественного анализа необходимо оценивать полноту и достоверность исходных данных, адекватность и точность используемых схем, обоснованность принимаемых допущений и зависимость получаемых от них рекомендаций и выводов.

При выборе окончательных решений следует проводить оценку гарантий, обеспечиваемых количественным анализом, и применять технические критерии, нормы и правила для возможного повышения этих гарантий для обеспечения требуемой надежности.

По результатам количественного анализа корректируются перечни возможных отказов, вводятся критические виды отказов, которые имеют наибольшую вероятность появления, а также отказы, анализ которых затруднен.

Количественные методы анализа эффективны при сравнении сопоставимых опасностей в конкретном интервале времени, что не исключает применения количественных методов для оценки и прогнозирования состояния системы.

Количественные методы эффективны по следующим причинам:

  • оценки будущих характеристик могут выполняться по характеристикам компонентов системы. Оценки на этом уровне более точны, а их погрешности меньше влияют на результат;
  • оценки могут выполняться различными лицами, так что для каждого вида оценок может быть привлечен наиболее квалифицированный специалист;
  • оценки могут осуществляться методом последовательного приближения, причем при каждом пересчете можно изучать влияние изменения исходных данных

Критерии количественных показателей
Применение количественных методов анализа требует, в первую очередь, выбора группы критериев или отдельного критерия, определенного как мера для сравнения количественных показателей исследуемой операции в отношении затрачиваемых усилий и получаемых результатов. В качестве примера можно рассмотреть метод смещенного идеала, который отвечает следующим основным требованиям:

  • имеет ясный физический смысл;
  • является определяющим и соответствует основной цели функционирования системы, подсистемы или элемента;
  • учитывает основные детерминированные и стохастические факторы, определяющие уровень безопасности системы;
  • критичен и довольно чувствителен к анализируемым параметрам.

Классификация критериев включает в себя:

  1. Общие (интегральные) критерии, дающие наиболее полную оценку совершенствования системы (общее число возможных аварий, сумма затрат на создание системы безопасности).
  2. Условные (косвенные) критерии, отражающие одно из свойств системы путем отнесения его к некоторому показателю (стоимость получения единицы конечной продукции или услуги, вероятность безотказной работы определенного комплекса защитных мер, вероятность возникновения аварийной ситуации в определенном промежутке времени).
  3. Относительные (нормированные) критерии, характеризующие безопасность системы в отношении оснащенности и эффективности средств защиты (отношение времени воздействия опасного фактора к общему времени работы, сопоставление экономической эффективности внедрения различных средств защиты, изменение уровня безопасности по сравнению с внедрением).

В других источниках2 критерии разбиваются на следующие типы:

  1. Критерии типа "эффект-затраты", позволяющие оценивать достижение целей функционирования инженерно-технической системы при заданных затратах (так называемая экономическая эффективность).
  2. Элиминирующие критерии, позволяющие оценить качество инженерно-технической системы по заданным показателям и исключить те варианты, которые не удовлетворяют заданным ограничениям (например, методы многокритериальной оптимизации).
  3. Взвешивающие критерии – искусственно сконструированные критерии, позволяющие оценивать интегральный эффект (например, "линейная свертка" частных показателей).

К критерию эффективности должны предъявляться следующие требования:

  • объективность – "прозрачность" математической модели и объективность оценок;
  • представительность – отражение всех значимых сторон функционирования инженерно-технической системы;
  • чувствительность инструмента оценки – выходной результат должен отражать варьирование входных данных в заданных пределах;
  • интерпретируемость – простая и удобная форма, пригодная для заключения об эффективности системы на основе данного критерия.

Кроме того, следует четко различать две постановки задачи: выбор наиболее рационального варианта построения инженерно-технической системы из нескольких вариантов (задача анализа) и оптимизация параметров инженерно-технической системы, то есть назначение некоего набора оптимальных характеристик системы как исходных данных для проектирования (задача синтеза). Эти задачи связаны между собой, так как базируются на применении одних и тех же оптимизационных методов.

Инженерно-техническая система защиты представляет собой сбалансированную совокупность элементов задержания и обнаружения нарушителя. Такие элементы являются целевыми функциями системы. Каждая из них характеризуется рядом показателей, которые могут быть представлены в табличной форме в виде векторов-строк/столбцов матрицы. Оценив приведенные характеристики тем или иным способом, можно сделать суждение об эффективности инженерно-технической системы защиты в целом.

Комплексный показатель эффективности инженерно-технических решений можно оценить функциональной зависимостью: KЭФ = (k1, k2 ... kn), где k1, k2 … kn – значения частных показателей эффективности, которые характеризуют основные и вспомогательные подсистемы единой интегрированной системы охраны

Основные характеристики системы охранного видеонаблюдения

Основными характеристиками системы охранного видеонаблюдения являются:

  • количество и тип используемых камер (фокусное расстояние, число градаций яркости, размеры матрицы, чувствительность, напряжение питания);
  • количество и тип применяемых трансфокаторов (фокусное расстояние, кратность оптического и цифрового увеличения, напряжение питания);
  • количество и тип поворотных устройств (скорость поворота, напряжение питания);
  • тип термокожухов (потребляемая мощность);
  • характеристики видеомониторов (размеры пикселя, диагонали и видимого изображения);
  • скорость документирования изображений от камер наблюдения на носитель (если речь идет о цифровом видео);
  • характеристики кабельной линии для передачи сигналов изображения (коаксиальный кабель, витая пара, оптоволокно, радиоканал);
  • характеристики системы электропитания.

Эксперты и экспертиза проектных решений

Группа экспертов формируется с целью выбора тех или иных технических предложений по оборудованию объекта комплексом технических средств безопасности. Методом оценки может быть метод групповой экспертизы, поскольку групповые оценки позволяют компенсировать смещения оценок отдельных членов экспертной группы. Для компенсации отрицательных явлений при использовании групповых оценок необходимо соблюдать следующие условия:

  • достаточность выбора предлагаемых решений;
  • положительная связь общественных и индивидуальных предпочтений, при которой рассматриваемые альтернативы не изменяют направленностей индивидуальных предпочтений;
  • независимость альтернатив;
  • суверенность экспертов или отсутствие навязывания предпочтений;
  • отсутствие "диктаторства" в группе экспертов.

На первом этапе для формирования группы экспертов формируется группа аналитиков (2–3 человека), целями которой являются разработка метода опроса и анкет, отбор экспертов, организация проведения опроса, обработка результатов.

Для отбора экспертов разрабатываются специальные анкеты с целью определения уровня компетентности методом самооценок потенциальных экспертов, в которых испытуемые дают себе оценку по пятибалльной системе. При этом потенциальный эксперт сначала ставит оценку "5" той области, которую он знает лучше, и оценку "1" – той области, которую он знает хуже, все остальные области знаний он ранжирует относительно уже оцененных. После получения индивидуальных самооценок экспертов формируется групповая средняя самооценка экспертной группы в каждой области знаний, необходимой для проведения экспертизы.

Численность экспертной группы может составлять 5–7 человек.

Достоинством имитационного моделирования является физически обоснованный критерий эффективности (вероятность). Недостаток – трудность его интерпретации и нормирования. Например, полученный результат Рэфф = 0,9 не дает четкого понимания о достаточности уровня защиты объекта.

Выбор ТСО для комплексной системы безопасности

Оптимальный выбор технических средств охраны (ТСО) системы безопасности конкретного объекта направлен на обеспечение достижения одного из следующих показателей (два основных критерия построения системы безопасности):

  • максимальной эффективности системы защиты при заданном уровне затрат;
  • заданной эффективности системы защиты при минимальном уровне затрат.

В целях создания условий, необходимых для достижения указанных выше показателей, следует провести анализ особенностей создаваемой системы защиты, самого защищенного объекта или существующих ТСО. Данный анализ направлен на определение:

  1. целей функционирования системы инженерно-технической защиты и использования при этом ТСО;
  2. характеристик защищаемого объекта;
  3. особенностей системы безопасности современного объекта;
  4. характеристик технических средств охраны;
  5. оценок эффективности технических средств охраны;
  6. экономических аспектов использования технических средств охраны.

Результаты анализа будут использоваться для выбора ТСО и их последующего использования на конкретном объекте, находящемся под защитой.

Различия в природе исследуемых явлений, связанных с защитой и охраной объектов массового скопления людей, вызывает необходимость использования различных научных методов. При этом вытекают следующие закономерности3:

  1. тщательное описание фактов о протекании процессов и явлений на объектах массового скопления людей с выявлением существующих закономерностей;
  2. необходимость применения адекватного и формализованного описания ряда процессов на базе математических методов;
  3. перенос тяжести охраны объектов массового скопления людей на комплексы автоматизированных (автоматических) средств наблюдения (обнаружения), обладающих площадными зонами обнаружения, достаточными по размеру для обеспечения обнаружения нарушителей и способными проводить аналитические исследования.

Проблема математизации теории защиты при создании систем инженерно-технической защиты и организации мероприятий по охране мест массового скопления людей не является тривиальной, поскольку математические интерпретации не всегда дают в должной мере доказательную базу из-за обширности и сложности области применения. Одним из примеров применения имитационных моделей для нашего случая может служить информация о разработке роботов стайного поведения4, которая будет небезынтересна читателю.

Роботы стайного поведения

Роботы стайного поведения образуют подмножество мобильной робототехники группового применения и отличаются способностью самостоятельно организовывать свои действия в локальном пространстве. Это позволяет роботам более надежно решать поставленные задачи в сложных, быстро изменяющихся или заранее неизвестных условиях реальной эксплуатационной среды.

Поведение стайных роботов адаптируется к текущей ситуации (самоорганизуется) на основе принципов этологии (зоопсихологии), заимствованных из живой природы. Здесь учитываются специфика задач, команды внешнего оператора, тактические цели, ограничения, наблюдаемое состояние (отдельных роботов, группы в целом, внешней среды), запас ресурсов, императивы поведения – с минимумом вмешательства оператора в процесс управления для повышения эффективности, – устойчивости (робастности) и безопасности применения в сложных и заранее неизвестных условиях эксплуатации.

Стайные роботы должны иметь небольшие размеры, унифицированную модульную конструкцию, надежную силовую установку и оснащаться специальным комплектом бортовых систем – для мультиспектрального наблюдения локального пространства, обмена информацией (между членами стаи и внешним оператором), настройки на выполнение заданных функций в стае (путем смены оборудования полезной нагрузки и др.), управления движением и оборудованием полезной нагрузки, обеспечения безопасности и др.

Стаи отличаются многообразием форм и видов. Стереотипы стайного поведения в живой природе оттачивались тысячелетиями. У природной стаи каждого вида имеются определенные цели и ограничения существования, среда обитания, класс решаемых задач, численность, этология, динамика, язык коммуникации, способы организации взаимодействия. Численность природных стай, как правило, обратно пропорциональна размеру особи и варьируется от нескольких единиц до нескольких млн особей.

О роли стайного поведения в условиях выживания
В форме стай существуют как хищники, так и потенциальные жертвы. У последних особи, которые в силу обстоятельств находятся ближе к хищникам либо физически оказываются более слабыми, вынужденно становятся жертвами, но тем самым спасают остальных. Благодаря возможности динамической вариации численности и стереотипов поведения стайные системы являются эффективным инструментом борьбы за существование и доминирование, выполнения ресурсоемких работ, достижения других важных целей в сложных или неопределенных условиях. В частности, известно, что противостоять стайной атаке непросто не только в одиночку, но и профессионально подготовленной группе с централизованным управлением. Наблюдение локальной окрестности каждым членом стаи, внутренний информационный обмен и самоорганизация движения – основа эффективного функционирования. Внутренние функции четко распределены и автоматически перераспределяются в зависимости от ситуации. Например, в колонии муравьев есть разведчики, рабочие, надсмотрщики, воины. Для транспортировки тяжелого груза муравьи действуют сообща, а встретив на пути преграду, могут образовывать временный живой мост из сцепленных особей для безопасного прохода основной массы колонистов. Аналогично динамическая сцепка стаи подводных и сухопутных роботов в форме сети (при помощи тросовых связей) может, положим, использоваться для транспортировки тяжелого груза, в качестве заграждения или распределенной конструкции другого назначения.

Принципы самоорганизации движения
У природных стай есть несколько важных общих свойств. Это самоорганизация движения, подчинение интересов одного интересам группы, однородность состава, развитый мультимодальный информационный обмен, хорошая наблюдаемость локального пространства, непостоянство численности, допустимость утраты и приобретения участников и, как правило, отсутствие вожака или централизованного (внешнего) управления.

Самоорганизация коллективного движения в любом сообществе – это ключевое свойство. Во-первых, стайность позволяет минимизировать объем информации, которую необходимо обрабатывать в группе, повысить энергетическую эффективность выполнения общей работы, а также резко уменьшить вероятность столкновений между членами стаи и с внешними препятствиями, то есть повысить безопасность деятельности. Во-вторых, стая может эффективно решать жизненно важные для нее задачи, которые не под силу решить особям в одиночку. Она характеризуется сложным, непредсказуемым поведением, которое может подчиняться единой цели и внешне выглядит как интеллектуальное, как бы синхронизированное извне массовое действие. Однако такое поведение стаи является всего лишь результатом множества локальных взаимодействий ее участников во времени и пространстве на основе трех базовых этологических принципов.

Примеры военных задач включают в себя:

  • массированные стайные атаки стратегических целей (ракетных комплексов, крупных подводных и надводных боевых кораблей, транспортных конвоев, объектов береговой инфраструктуры и т.п.);
  • стайную защиту стратегических целей от атак боевых мобильных роботов различных классов;
  • минирование/разминирование территорий и акваторий;
  • поиск, уничтожение и защиту подводных коммуникаций;
  • охрану, разведку и блокирование работы портов, военных баз и др.;
  • массированные наступательные и оборонительные операции в сложных условиях: мегаполисы, пересеченный рельеф местности, плотные боевые порядки противника (в том числе – стайные системы) и др.;
  • патрулирование больших территорий и акваторий после захвата;
  • другие задачи, невидимые в настоящее время.

Дифференцирование и интегрирование

Мобильная робототехника стайного применения – важная и актуальная область научных исследований и опытных разработок, которые имеют высокий потенциал практических приложений в рассмотренных сферах деятельности Российской Федерации на период до середины XXI века. Вместе с тем, ряд технологий, которые составляют основу мобильной робототехники стайного применения, нуждаются в дальнейшем развитии и экспериментальном подтверждении. Использование разработанной базы электронных публикаций по представленной тематике позволяет повысить эффективность реализации начальных, наиболее ответственных и ресурсоемких этапов жизненного цикла робототехнических систем группового применения.

Таким образом, оценивая шансы сообщества потребителей безопасности на успех в вопросах предотвращения опасного развития ситуаций в местах массового скопления людей, мы приходим к закономерному выводу: проблему надо решать системно, а используемые технологии должны основываться на применении моделей анализа, моделей синтеза и моделей управления. Лишний раз убеждаемся в проницательности утверждения академика Чебышева: дифференцирование – это ремесло, интегрирование – это искусство.

___________________________________________
1 Журнал "Системы безопасности" №1/2015. www.secuteck.ru/imag/ss-1-2015/74.
2 Борисов В.И. Охрана государственной границы и ее имитационное моделирование. Москва, Пограничная академия, 2003.
3 Мосолов А.С. Универсальная технология проектирования систем инженерно-технической защиты "Амулет" с заданным уровнем эффективности. М., НИЯУ МИФИ, 2013.
4 Бурдун И.Е. Исследованияя и разработки в области мобильной робототехники стайного применения. Морские информационно-управляющие системы, 2012 / № 1.

Опубликовано: Журнал "Системы безопасности" #3, 2015
Посещений: 6773


  Автор
Александр Мосолов

Александр Мосолов

Главный конструктор ЗАО "Амулет"

Всего статей:  3

В рубрику "Наука" | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций