Методы, модели и средства автоматизации управления техносферной безопасностью тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, доктор технических наук Белозеров, Валерий Владимирович

• Белозеров, Валерий Владимирович
• доктор технических наук
• 2012

Оглавление диссертации доктор технических наук Белозеров, Валерий Владимирович

Введение

ГЛАВА 1. СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ ПРОБЛЕМ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИИ АДМИНИСТРАТИВНО-ТЕРРИТОРИАЛЬНЫХ 26 ЕДИНИЦ

1.1. Анализ взаимосвязей и структур «аварийных служб», на предмет 26 обеспечения ими безопасности населения, объектов социально-культурного назначения и промышленности в АТЕ

1.1.1. Пожарная охрана

1.1.2. Госавтоинспекция

1.1.3. Здравоохранение

1.1.4. Полиция

1.1.5. Вневедомственная охрана

1.1.6. Водоканал

1.1.7. Энерго-теплоснабжение

1.1.8. Газоснабжение

1.1.9. Жилищно-коммунальное хозяйство

1.1.10. Налоговая инспекция

1.1.11. Казначейство и банковская структура

1.1.12. Прокуратура

1.1.13. «01-Пожар»

1.1.14. «02 - Происшествие»

1.1.15. «03 - Скорая медицинская помощь»

1.1.16. «04 - Газовая авария»

1.1.17. «05 - Энерго-, тепло- или водо-канализационная авария

1.1.18. Единый алгоритм «аварийных действий»

1.1.19. Постановка задач моделирования и оптимизации процессов функционирования служб жизнеобеспечения

1.2. Анализ пожарной безопасности жизнедеятельности

1.3. Анализ транспортно-энергетической безопасности

1.4. Основные причины снижения безопасности жизнедеятельности и обоснование направлений диссертационного исследования ^

ГЛАВА 2. ВЕРОЯТНОСТНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ПОДХОД К КАЧЕСТВУ, НАДЕЖНОСТИ И ОПАСНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, ИЗДЕЛИЙ, ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ, ОБЪЕКТОВ И К «ЧЕЛОВЕЧЕСКОМУ ФАКТОРУ» 77 2.1. Метод и автоматизированная система определения и диагностики вектор-функций жизненного цикла веществ и материалов

2.1.1. Сигналы и образы в акустической эмиссии

2.1.2. Специфика диагностики материалов: нано-, микро- и макродеструкция материалов, как процессы изменения их структуры и «старения» при эксплуатации

2.1.3. Регистрация термодинамических параметров материалов

2.1.4. Регистрация электромагнитных параметров материалов

2.1.5. Регистрация акустических параметров материалов

2.1.6. Способ термодинамического и акустико-эмиссионного эталонирования

2.1.7. Регистрация деструкции, пиролиза и изменений пожарных» параметров материалов

2.1.8. Автоматизированный комплекс диагностики и испытаний веществ и материалов

2.2. Вероятностно-физический метод определения надежности и опасности 108 электрорадиоэлементов, приборов, оборудования и объектов

2.2.1. Проблемы качества, надежности и безопасности изделий

2.2.2 Вероятностно-физическая модель надежности изделий

2.2.3. Вероятностная физико-химическая модель пожарной опасности изделий

2.2.4. Вероятностная физико-химическая модель взрывоопасное™ материалов и изделий из них

2.2.5. Вероятностно-физическая модель электрической опасности изделий

2.2.6. Вероятностно-биофизическая модель токсичности

2.2.7. Термодинамическая модель надежности и безопасности

2.3. Вероятностно-физический метод стендовых испытаний электроприбо- 131 ров

2.3.1. Математическая модель стендовых испытаний

2.3.2. Методология реализации ускоренных испытаний

2.4. Автоматизация технологического прогона и приемо-сдаточных испы- 141 таний электроприборов.

2.4.1. Анализ результатов исследований электроприборов и радиоэлектронной аппаратуры

2.4.2. Модульные системы термоэлектронной защиты в автоматизации технологического прогона и приемосдаточных испытаний электроприборов.

2.4.3. «Интеллектуализация» электроприборов в радиоизвещатели тех-носферной опасности и её навигации (РИТОН)

2.5. Автоматизированная система квалиметрии электроприборов

2.5.1. Модель контроля производителя электроприбора

2.5.2. Радиоконтроль наработки и отказов электроприборов

2.5.3. Синтез автоматизированной системы квалиметрии электроприборов

2.6. Синтез автоматизированной системы предотвращения и обнаружения пожаров и проникновений на объектах ATE

2.7. «Человеческий фактор», как психофизическая опасность

2.7.1. Математическая модель сознания

2.7.2. Термодинамическая модель сознания

2.7.3. Электродинамическая модель сознания

2.7.4. Вектор психофизической опасности

ГЛАВА 3. ОПТИМИЗАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ATE И ОБЪЕКТОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В НИХ 167 3.1. Оптимизация и автоматизация оперативно-тактической деятельности противопожарной службы

3.1.1. Новые модели и алгоритмы оперативно-тактической деятельности

3.1.2. Модели и алгоритмы обработки данных о пожарах

3.1.3. Численный метод анализа пожаров на Юге России по разработанным моделям

3.1.4. Метод «виртуального анализа внедрения»

3.2. «Красная волна» в управлении движением пожарной техники

3.2.1. Анализ существующих проблем, методов и средств управления ускоренным проездом пожарной техники на пожар

3.2.2. Синтез системы управления «Красная волна» и технико-экономическое моделирование её эффективности

3.3. Оптимизация пожарно-профилактической деятельности

3.3.1. Системный анализ и моделирование деятельности ГПС по пожарной профилактике, противопожарной пропаганде, консультированию и обучению

3.3.2. Модель добровольного противопожарного формирования (ДПФ)

3.3.3. Модель «Инспектора государственного пожарного надзора» (ГПН)

3.4. Проблемная ориентация (интеграция) автоматизированных систем управления промышленными объектами ATE

3.4.1. Модификация АСУТП и АСУП

3.4.2. Модификация АСУТП ПЗ объекта

3.4.3. Принципы создания АСУ биотехнологиями (АСУБТ) объекта по утилизации С02 и Н20 в геосферу и компенсации выжигаемого

3.4.4. Интегрированная АСУБТП котельной

3.4.5. Метод и программно-технический комплекс термомагнитной сепарации воздуха

3.4.6. Принципы «тиражирования» ИАСУ БТП и синтез моделей систем для промышленности и объектов топливно-энергетического комплек- 249 са

3.5. Система адаптивного пожарно-энергетического налогообложения

3.5.1. Противопожарная оборона, как «смесь» публичных, коллективных и частных благ

3.5.2. Сравнительный анализ «страхового и налогового» подходов в области пожарной безопасности

3.5.3. Синтез САПЭН

ГЛАВА 4. МАКРОСИСТЕМА СИНЕРГЕТИЧЕСКОГО

ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ РЕГИОНА

4.1. Проверка «предсказательной силы» моделей МСО ПБ

4.2. Модель гибридной вычислительно-связной системы (ГВСС)

4.2.1. Системный анализ существующих радиосетей

4.2.2. Системный синтез ГВСС

4.3. Модель безрангового привлечения сил и средств на пожар

4.4. Синтез МСО ПБ

4.4.1. Синтез «стартовой» структуры МСО ПБ и алгоритмов функционирования и связи с сетевой макроподсистемой ATE «Профилактика»

4.4.2. Синтез «стартовой» структуры МСО ПБ и алгоритмов функционирования и связи с сетевой макроподсистемой ATE «Происшествие»

4.4.3. Синтез «стартовой» структуры МСО ПБ и алгоритмов функционирования и связи с сетевой макроподсистемой ATE

Ресурсы»

4.4.4. Расчет сокращения потерь при виртуальном внедрении модели ИГПН с ДПФ

4.4.5. Расчет сокращения потерь при виртуальном внедрении модели СИЗОД

4.4.6. Расчет затрат при виртуальном внедрении «стартовой» структуры МСО ПБ и её эффективности

4.4.7. Оптимизация структуры 2-й очереди МСО ПБ

4.4.8. Расчет затрат при виртуальном внедрении 2-й очереди

МСО ПБ и её эффективности

4.4.9. Оптимизация структуры 3-й очереди МСО ПБ

4.4.10. Расчет затрат при виртуальном внедрении 3-й очереди

МСО ПБ и её эффективности

ГЛАВА 5. ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ МАКРОСИСТЕМА СИНЕРГЕТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ДОРОЖНОГО ДВИЖЕНИЯ В ATE (ГИМСО БД)

5.1. Системный анализ дорожно-транспортных инфраструктур

5.2. «Интеллектуализация транспорта», как основа Блочной Автотранспортной Коммуникационной Системы

Автоматизированной Навигации/Надзора (БАКСАН)

5.2.1. Радиоидентификатор и подсистема динамической радиоидентификации и защиты ТС и водителя

5.2.2. Подсистема ультразвукового и магнитоэлектрического подавления и контроля «топливного вреда»

5.2.3. Подсистема адаптивной обработки и контроля входящих и отработанных газов

5.2.4. Подсистема идентификации водителя и защиты (ПИВЗ) ТС

5.3. Биофизическая Локально-Объектная Дорожно-Инженерная

Система (БЛОДИС)

5.3.1. Модели биотуннелей

5.3.2. Радиосветофоры

5.3.3. Радиознаки дорожного движения

5.3.4. Подсистема диагностики дорожно-транспортного вреда

5.3.5. Самоорганизация передвижения

5.4. Коммуникационная Автоматизированная Подсистема Компьютерного Административного Надзора (КАПКАН) и синтез ГИМСО

5.4.1. Положение КАПКАН в структуре ГИМСО БД

5.4.2. Размерность и требования к КАПКАН и ГИМСО БД в целом

5.4.3. Требования к макросистеме в целом

5.4.4. Перечень функций макросистемы

5.4.5. Источники возникновения и использования входной и выходной информации

5.4.6. Требования к режимам функционирования системы

5.5. Математическая модель системы адаптивного дорожно-транспортного налогообложения (САДТЭН) в ГИМСО БД

5.5.1. О применении экономико-математической модели межотраслевого баланса

5.5.2. Адаптация модели Леонтьева к ГИМСО БД

5.5.3. Математическая модель функционирования ГИМСО БД

5.6. Макромодель самоорганизации, оптимизирующая ГИМСО БД

5.6.1. Обоснование макромодели

5.6.2. Реинвестиционная модель эффективности ГИМСО БД

5.6.3. Эффективность «виртуального внедрения» ГИМСО БД

ГЛАВА 6. ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ МАКРОСИСТЕМА СИНЕРГЕТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОСФЕРНОЙ 402 БЕЗОПАСНОСТЬЮ (ГИМСУ ТБ) ATE

6.1. Необходимые и достаточные условия синтеза ГИМСУ ТБ

6.1.1. Статистика преступных деяний опасных для жизнедеятельности

6.1.2. Синергетика подавления преступных деяний

6.2. Методика синтеза ГИМСУ ТБ

6.2.1. Моделирование единой ГИС ATE

6.2.2. Комплексирование «биотуннелей и Красных волн»

6.2.3. Радиоконтроль оперативно-тактических действий

6.2.4. Тиражирование адаптивных систем

6.3. Модель оценки эффективности синтеза ГИМСУ ТБ

6.4. ГУМСУ ТБ, как инструмент самоорганизации продовольственной безопасности

6.4.1. Элементы продовольственной безопасности

6.4.2. Перспективы использования ГИМСУ ТБ в сельском хозяйстве 417 ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ (ЗАКЛЮЧЕНИЕ)

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы, модели и средства автоматизации управления техносферной безопасностью»

Основные термины и определения. Главным условием и основой нормальной жизнедеятельности людей является их безопасность: от пожаров, взрывов, наводнений, землетрясений и других опасных событий (явлений) техногенного, природного, криминогенного и иного характера. Необходимым при этом является одинаковое понимание специалистами и населением терминологии по проблемам безопасности. В данном случае это касается следующих терминов и определений: "опасность", "угроза", "техносферный", "техногенный", "безопасность", "защищенность", "уязвимость", "система", "комплекс", "событие", "ситуация" и их соответствующие комбинации.

Поскольку техносфера, т.е. область техники - машины, механизмы, оборудование, транспорт, производственные здания и другие изделия человеческой деятельности, не только потенциально опасна, но и потенциально уязвима, то под техносферной безопасностью понимается вероятность защищённости как населения и территорий от поражающего воздействия техносферы, так и самой техносферы от опасных событий техногенного, криминогенного и природного характера.

Актуальность проблемы. Анализ и прогнозирование последствий функционирования, созданной научно-техническим прогрессом (НТП) техногенной сферы (техносферы): энергетики, транспорта и продуктопроводов, гидротехнических сооружений и т.д., - сложнейшая проблема и потребность, возникшие перед мировым сообществом в XX веке. Составляющие техносферы, являясь «продуктами НТП», в частности, энергетика и транспорт -буквально «пронизывают» жизнедеятельность индивида, государства и человечества в целом. Поэтому безопасность энергетических и транспортных инфраструктур и их оптимальное функционирование - становятся главными в проблеме обеспечения безопасной жизнедеятельности на нашей планете [13,6-8,33,36,38,43,44,81,126,169,196,307,462].

Аналогичным еще более «интегральным продуктом НТП», т.к. охватывает и техносферу, и биосферу, и геосферу, является проблема «пожарной безопасности жизнедеятельности», имеющая две основных составляющих [9,33,65,68,70,185,205,204,368,369]: оценки пожарной опасности окружающей нас среды (веществ, материалов, изделий, оборудования, транспорт-но-энергетических систем, зданий и сооружений, с учетом био-, reo-, атмосферных явлений) и её/от неё противопожарной обороны (пожарной охраны населения и среды обитания, противопожарной защиты объектов и т.д.).

Результаты решения указанных проблем измеряются материальным ущербом и, к сожалению, человеческими жизнями. Так по данным статистики ежегодно мировое сообщество несет тяжелейшие потери [9,33,38,205,213,242,351,399,424,453,487]:

- в дорожно-транспортных происшествиях (ДТП) погибают свыше 300,0 тыс. человек и более 2,0 миллионов - травмируется,

- электрический ток поражает и травмирует более 0,01% населения планеты в год, т.е. свыше 600,0 тысяч человек.

- в пожарах погибает около 70,0 тыс. человек и свыше 300,0 тысяч - получают травмы различной степени тяжести,

- в происшествиях на реках, морях и в океанах, в т.ч. с применением транспортных средств, погибает и пропадает без вести более 50,0 тыс. человек,

- в геофизических катаклизмах (землетрясения, извержения вулканов грозы, дожди, лавины, оползни, холод, жара,) погибает около 40,0 тыс. человек,

- в авиакатастрофах - более 1,5 тыс. человек.

Сложив прямой и косвенный материальный ущерб, возникающий при указанных событиях, получим астрономическую сумму экономических потерь - сотни миллиардов евро в год.

Социально-экономические потери от пожаров, нарастая с каждым годом, превращают и мировую, и отечественную экономики в «камеры сжигания» производимых благ и «уничтожения населения», в то время как мировые наука и практика [391,472,487] , в том числе и российские

9,13,43,44,257,396,463], «не видят» путей решения проблем пожарной безопасности жизнедеятельности (ПБЖД) из-за их мультидисциплинарного и синергетического характера [7,38,65,68,70,114,205,188].

Статистика пожаров, аварий в топливно-энергетических комплексах и продуктопроводах, происшествий и несчастных случаев на предприятиях, транспорте и в быту, свидетельствует об их взаимосвязи с геофизическими, техногенными и социально-психологическими факторами жизнедеятельности, т.е. с ноосферными процессами, где естественнонаучной мерой порядка и хаоса является - энтропия [3,33-39,69,114,116,222,401].

Следовательно, для сокращения указанных потерь, необходимо уметь определять термодинамические характеристики веществ, материалов и изделий из них в условиях эксплуатации, а также технических средств, зданий, сооружений и объектов в целом, чтобы «устремить к нулю» функции производства энтропии в каждой из систем и подсистем жизнеобеспечения, включая социальную энтропию, обусловленную «человеческим фактором»^,! 11,129,130,174-177,196,281,301,305].

Для решения проблем безопасности любой общественно-экономической формации требуется организованная деятельность всех его членов в решении и выполнении научных, технических, политических, экономических и социальных задач, которые влияют на социально-экономические потери в обществе от объектов техносферы (пожаров, аварий, дорожно-транспортных происшествий и т.д.) и от процессов в атмосфере, гидросфере, геосфере и биосфере. Такая деятельность осуществляется, в рамках искусственно созданных человеком формирований, называемых организационными системами управления (ОСУ), которые охватывают федеральные и региональные государственные службы и учреждения, общественные организации, различные предприятия всех форм собственности, компании, холдинги, банки, кооперативы и т.д. Количество таких объектов в нашей стране измеряется сотнями тысяч, и продолжает расти, а количество «персонала в ОСУ» - десятками миллионов. Несмотря на это, ОСУ как специфический класс систем постоянно ускользали из поля зрения исследователей.

Данное диссертационное исследование базируется на системном анализе и математических методах исследования, разработанных отечественными учеными: А.Г.Аганбегяном, В.М.Глушковым, Л.В.Канторовичем, Д.С.Львовым, В.Л.Макаровым, И.В. Прангишвили, в т.ч. в области обеспечения техносферной безопасности - B.C. Артамоновым, H.H. Брушлинским, В.М. Гаврилеем, H.A. Махутовым, А.К. Микеевым, В.А. Минаевым, О.Н. Русаком, Н.Г.Топольским, К.В. Фроловым и другими. При этом отличие отечественного научного подхода заключается в том, что достижение высоких интегральных (экономических) показателей не является достаточным условием сбалансированного развития административно-территориальных единиц (ATE), так как низкий уровень социально значимых характеристик (аварии, пожары, преступления и др.), обесценивает достигнутые результаты, поэтому необходимо учитывать взаимодействие производственного, общественного и потребительского секторов, которое должно быть управляемым и регулируемым, и для решения этой проблемы принципиально необходимо использование многокритериального и синергетического подходов [37-39,153156,166,167,297-301,371,454].

Актуальность данной работы обуславливается постоянной проблемой бытия - выбора наилучшего или оптимального решения. При принятии решения любой человек сталкивается с проблемой выбора и учета наиболее существенного и не учета второстепенного, достоверность которых зависит от объективности его информационного обеспечения. Необходимость выбора наилучшего решения ещё больше повышается при управлении процессами, обеспечивающими безопасность, многие из которых являются быстротекущими и многопараметрическими (взрывы, пожары, дорожно-транспортные происшествия, террористические акты и т.д.). В этом случае, и в связи с ограниченными возможностями человека, необходимыми условиями сокращения социально-экономических потерь от указанных событий являются создание «внутри ОСУ», различных автоматизированных систем управления

АСУ, АСУП, АСУТП), автоматизированных систем контроля (АСК) и систем автоматического управления (САУ), «следящих» за тем, что бы процессы на объектах управления не «выходили» за граничные параметры (уставки) или в аварийные режимы, в т.ч. с учетом «человеческого фактора».

Таким образом, ОСУ техносферной безопасности (ТБ) ATE должна представлять собой макросистему (MC), в которой функционируют автоматизированные (АСУ, АСУП, АСУТП, АСК, САУ) и неавтоматизированные системы управления различными объектами, «связанные» между собой соответствующими (радиальными, последовательными) цифровыми каналами (проводными, радиорелейными, оптоволоконными) обмена данными (точка-точка или точка-многоточка) и связи (симплекс, дуплекс, п/дуплекс), в т.ч. радиосвязи с мобильными объектами и передвигающимися «субъектами», включая определение их координат методами пассивной и активной локации [2,108,168,192,238,302,349,357-358,439-441].

Решение задач моделирования крупных и проблемно-ориентированных систем потребовало создания соответствующего математического аппарата теории оптимального управления, основы которого, в том числе в многокритериальном и синергетическом аспектах, представлены в работах отечественных и зарубежных авторов: Р.Беллмана, В.Б.Болтянского, Дж. Нэша, Л.С.Понтрягина, Г.Хакена, В.И.Арнольда, И.Пригожина, Н.Н.Моисеева, А.А.Колесникова и других. При этом, учитывая динамику развития общественно-экономических формаций, становится необходимым не только умение анализировать надежность технических средств, диагностировать, распознавать и прогнозировать их «отказы» и последствия от них, но и умение «распознавать надежность партнеров», объективно оценивать социально-экономическую ситуацию в ATE, что особенно актуально при процессах долгосрочного планирования.

В то же время в современных условиях возрастает роль «минимаксного» управления, т.е. управления с минимальными потерями и с максимальной эффективностью использования природных, материальных, трудовых, энергетических и финансовых ресурсов, включая применение процессов самоорганизации при их «потреблении», в т.ч. в условиях штатных и нештатных ситуаций, однако попыток решить указанные проблемы при создании ОСУ -немного и все они, как показывает статистика потерь - пока безуспешны. Следовательно, необходимы исследования взаимосвязей и процессов самоорганизации безопасности, экономики и права, т.е. влияния вынужденной организации (законов, стандартов, норм и правил) на их самоорганизацию (выполнение) и на ежегодный уровень социально-экономических потерь в обществе, что является «отражением» их взаимного несоответствия и/или не исполнения.

Таким образом, налицо научная проблема: нахождение условий самоорганизации безопасности, экономики и права, минимизирующих социально-экономические потери, и разработка на их основе методов, средств и систем синергетического управления техносферной безопасностью. И в зарубежной, и в отечественной науке данное направление исследований остается практически не изученным, что свидетельствует об актуальности выбранной темы диссертационного исследования.

Цели и задачи исследования. Цель диссертации заключается в разработке автоматизированных средств и систем управления техносферной безопасностью ATE на основе вероятностно-физических методов анализа существующих ОСУ и синтеза синергетических методов, моделей и средств, обеспечивающих предотвращение и ликвидацию аварий и пожаров на промышленных и жилых объектах, дорожно-транспортных происшествий (ДТП), преступлений, несчастных случаев и чрезвычайных происшествий в ATE природного, техногенного и криминогенного характера, сокращающих социально-экономические потери от них. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

- провести анализ существующих современных научных методов и подходов к решению проблем техносферной безопасности,

- определить и сформулировать основные теоретические и понятийные аспекты диагностики техносферного вреда и его компонентов (пожарного, энергетического, транспортного, экологического и др.),

- найти условия самоорганизации процессов обеспечения техносферной безопасности,

- синтезировать модели и средства диагностики техносферного вреда и его компонентов,

- разработать методологию построения автоматизированной макросистемы синергетического управления техносферной безопасностью,

- осуществить практическую реализацию разработанных методов, моделей и средств автоматизации управления техносферной безопасностью, в т.ч. путем моделирования на статистических данных социально-экономических потерь от пожаров, аварий, дорожно-транспортных происшествий и ЧС природного, техногенного и криминогенного характера.

Объект исследований. Объектами исследований являются промышленные и жилые объекты техносферы, а также население с ОСУ СЖ ATE (районов, городов и т.д.), функционирование которых определяет уровень (вероятность) безопасной жизнедеятельности в них.

Предметом исследований являются методы, модели и технологии функционирования промышленных и жилых объектов техносферы, населения и СЖ ATE, включающие определение опасностей, процессы их обнаружения и предотвращения, а также модели автоматизированных средств и систем компенсации и подавления опасностей с помощью процессов самоорганизации и управления.

Методы исследования. Основными методами исследования являются системный анализ и системный синтез функционирования промышленных и жилых объектов, субъектов (населения) и ОСУ СЖ в ATE, которые представляют собой сложные технические и человеко-машинные системы обеспечения процессов жизнедеятельности в ATE. Исследования базируются также на использовании термодинамики, электродинамики, синергетики, хронобиологии, методов аналитического и дискретного моделирования, компьютерных методов обработки информации, теории массового обслуживания и распознавания образов.

Достоверность полученных результатов обеспечивается корректностью постановки задач, строгостью использования математического аппарата, четкостью и ясностью выявляемых физических, химических, биологических, технологических, психологических и социальных эффектов, в т.ч. на многолетней статистике социально-экономических потерь от пожаров, ДТП и других происшествий, а также согласованностью результатов, полученных с использованием разных методов и средств исследования и с результатами других исследователей.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:

- разработан не имеющий мировых аналогов автоматизированный комплекс баро-электро-термо-акустометрии, базирующийся на предложенном автором вероятностно-физическом методе количественной оценки долговечности, устойчивости и опасности твердых материалов, обращающихся в промышленном производстве и в быту, через вектор-функции их жизненного цикла, на которые получены патенты РФ (№ 2324923 от 20.05.2008, № 2343467 от 10.01.2009 и № 2399910 от 20.09.2010), отмеченные дипломом Национальной академии наук пожарной безопасности (23.05.2012);

- систематизированы принципы автоматизации и интеграции технологического прогона и приемо-сдаточных испытаний при промышленном производстве электроприборов, позволяющие определять стадии их «жизненного цикла» (с помощью позисторных термозондов, на который получен патент РФ на изобретение № 2060566 от 20.05.1996), базирующиеся на модели их «интеллектуализации», которая поднимает на порядок безопасность электроприборов при эксплуатации и приводит во взаимное соответствие их технический и пожаробезопасный ресурс, превращая их в радиоизвещатели техносферной опасности и навигации (РИТОН), на которых синтезирована автоматизированная система предотвращения и обнаружения происшествий (АСПОП) - пожаров, аварий и взрывов на промышленных и жилых объектах;

- впервые предложена модель автоматизированной макросистемы ква-лиметрии электроприборов (АМСКЭ), которая позволяет дополнить менеджмент качества ИСО 9000, представляя изменение качества электроприборов, как совокупность необратимых потерь надежности, эксплуатационной безопасности и потребительских характеристик;

- разработана новая универсальная модель описания и классификации процессов функционирования жилых и промышленных объектов и всех служб жизнеобеспечения ATE в четырех проблемно-ориентированных сетевых макроподсистемах: «Профилактика», «Ресурсы», «Происшествия» и «Потери», которая позволяет оптимизировать структуры СЖ и разработать модели управления ими по отклонениям от нормального функционирования, названным нано-, микро- и макроавариями»',

- создана методология моделирования и оценки эффективности функционирования сложных систем с минимизацией социально-экономических потерь в них, устраняющая противоречия между научными, техническими, экономическими и правовыми знаниями, нормами и правилами, путем введения новых понятий - публичного, коллективного и частного вреда, которые в единстве с общепринятыми понятиями публичных, коллективных и частных благ позволяют провести объективацию, изменить показатели и кардинально улучшить социально-экономическое состояние ATE с помощью разработанных систем адаптивного налогообложения с реинвестиционным механизмом их функционирования;

- предложен новый способ интеграции автоматизированных систем управления объектами промышленности, обеспечивающий безопасность технологических npoifeccoe (АСУБТП) в них (на примерах котельной промышленного или коммунального предприятия, угольной шахты, добычи и использования торфа), базирующийся на методе термомагнитной сепарации воздуха на кислород, используемый в техпроцессах, и азот - для предотвращения загораний и тушения пожаров, на способ и сепаратор для которого получен патент РФ на изобретение (№ 2428242 от 10.09.2011);

- впервые получены математические вероятностно-физические, организационно-технические и биотехнологические модели, которые позволили синтезировать автоматизированную макросистему синергетического обеспечения пожарной безопасности ATE (АМСО ПБ), а также геоинформационную макросистему синергетического обеспечения безопасности дорожного движения в ATE (ГИМСО БД);

- разработан метод обеспечения совместимости и интеграции совокупности АСУ БТП объектов промышленности и жилья с макросистемами управления всеми службами жизнеобеспечения ATE в геоинформационную макросистему синергетического управления техносферной безопасностью (ГИМСУ ТБ), через сетевые макроподсистемы - «Профилактика», «Ресурсы», «Происшествия» и «Потери», путем взаимосвязи их между собой с помощью автоматизированной гибридной вычислительно-связной системы, которая помимо каналов связи и передачи данных каждой СЖ реализует местоопре-деление, радиоконтроль и радиоуправление объектами и персоналом на территории ATE, с лазерным зондированием среды и подстилающей поверхности;

- разработана автоматизированная интернет-технология поддержки принятия решения (алгоритмы и комплексы программ анализа пожарно-энергетического вреда - http://titan.ip.rsu.ru/online/fhazsmp/input.html и до-рожно-транспортно-экологического вреда в ATE http://titan.ip.rsu.ru/online/envsmp/input.htmi), с помощью которых выполнены расчеты по Югу России, подтверждающие эффективность их применения.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Метод вероятностно-физического анализа систем управления безопасностью ATE (пожарно-энергетической, дорожно-транспортной и т.д.) и синтеза автоматизированных систем обеспечения безопасности.

2. Методика «защитной интеллектуализации» технических средств повишенной опасности (электроприборов, транспорта и т.д.), превращающий их в новые средства технического обеспечения АСУ - в радиоизвещатели техносферной опасности и её навигации, построенные на основе вероятностно-физических методов, моделей и информационных технологий оценки и контроля надежности и опасности промышленной продукции (материалов и изделий из них), использующие вектор-функции жизненного цикла материалов, получаемые баро-электро-термо-акустометрией, в результате применения которых синтезированы:

- автоматизированная макросистема квалиметрии электроприборов,

- автоматизированная система предотвращения и обнаружения происшествий (аварий, пожаров, взрывов, ДТП) в ATE.

3. Методология проблемно-ориентированной интеграции автоматизированных систем управления в топливно-энергетической промышленности (на примерах ТЭЦ и котельных промышленных и коммунальных предприятий, угольных шахт и торфяников), с помощью программно-технического комплекса диспетчеризации и термомагнитной сепарации воздуха на кислород (парамагнетик), используемый при сжигании топлива, и азот (диамагнетик), применяемый для предотвращения загораний и тушения пожаров, позволяющая использовать атмосферу для противопожарной защиты техносферы и биосферы, а в «связке» с биофизическими моделями - для защиты атмосферы, биосферы и геосферы от техносферы.

4. Модели и алгоритмы оценки эффективности решения задач управления безопасностью ATE, построенные на основе определения публичного, коллективного и частного вреда (пожарно-энергетического, дорожно-транспортного и т.д.), что минимизирует социально-экономические потери в ATE от аварий, пожаров, ДТП и т.д., и предоставляет возможность, с помощью статистического анализа временных рядов, получить функции плотности вероятности соответствующих потерь, интегрирование изменений которых дает ретропрогноз эффективности принимаемых решений, а также позволяет оценить затраты по достижению установленного уровня безопасности в ATE и осуществить автоматизированное управление финансированием, для достижения указанного уровня с помощью реинвестш^ионного механизма и автоматизированных систем адаптивного налогообложения (по-жарно-энергетического, дорожно-транспортно-экологического и т.д.).

5. Методология построения автоматизированной макросистемы синер-гетического обеспечения пожарной безопасности (АМСО ПБ) ATE с помощью защищаемых положений, что позволяет за счет эмерджентности макросистемы снизить количество пожаров, гибель, травмы и материальный ущерб от них на порядок и более.

6. Средства и методы проектирования автоматизированной геоинформационной макросистемы синергетического обеспечения безопасности дорожного движения (ГИМСО БД), сформированные с помощью защищаемых положений, позволяющие за счет эмерджентности макросистемы снизить количество ДТП, гибель, травмы и материальный ущерб от них на порядок и более.

7. Метод обеспечения совместимости и интеграции АСУ БТП объектов промышленности и жилого сектора с макросистемами управления всеми службами жизнеобеспечения ATE в геоинформационную макросистему синергетического управления техносферной безопасностью (ГИМСУ ТБ) путем взаимосвязи их между собой с помощью гибридной вычислительно-связной системы через проблемно-ориентированные сетевые макроподсистемы - «Профилактика», «Ресурсы», «Происшествия» и «Потери», а также, сосредоточения персонала администрации ATE и оперативных подразделений всех СЖ в зданиях-мачтах центров управления силами и средствами (ЦУСС) ATE, что позволяет за счет эмерджентности ГИМСУ ТБ поднять вероятность защищённости (безопасности) населения в ATE до нормативного уровня по ГОСТ 12.1.004.

Теоретическая значимость работы заключается в том, что выполненное исследование решает актуальную научную задачу разработки вероятностно-физической методологии анализа и синтеза синергетических структур

СЖ, позволяющих повысить уровень техносферной безопасности ATE. Разработанные модели и методы развивают теоретические основы анализа, синтеза и обработки информации в организационных и интегрированных системах обеспечения безопасной жизнедеятельности на основе системного подхода, синергетики, электродинамики и термодинамики.

Практическая значимость работы. Излагаемые аспекты диссертации развивают методологию практического применения системного анализа и синтеза организационных и интегрированных систем безопасности, самоорганизующихся в условиях штатных и нештатных ситуаций в ATE. Модели, описывающие макросистемы безопасности дорожного движения и пожарной безопасности ATE, могут быть использованы при создании районных, городских и региональных макросистем. Программно-технические средства оценки надежности, устойчивости и пожарной опасности материалов и изделий из них можно использовать при их сертификации или экспертизе в лабораториях и центрах Ростехрегулиро-вания, МЧС и Минюста РФ, а также на объектах промышленности, в НИИ, КБ и при подготовке специалистов в ВУЗах.

Реализация результатов работы. В 2000 году некоторые из разработанных методов, моделей и средств были подготовлены под руководством автора и предложены Министерством образования РФ в Федеральную программу «Пожарная безопасность и социальная защита 2001 - 2005 г.г.», но, в связи с реформированием пожарной охраны (переводом её из МВД в МЧС РФ), не были включены в неё и не выполнялись.

В 2001 году на основе полученных результатов было разработано технико-экономическое обоснование (ТЭО) создания в г. Ростове-на-Дону «Коммуникационной Адаптивной макросистемы Контроля Автотранспортного Движения» («КАСКАД») - прототипа ГИМАУ БД - первоначально «понравившейся» МВД России (исх.№ 13/Ц-4401 от 25.10.2001), одобренной Полномочным представителем Президента России в Южном Федеральном округе (исх.№ А52-24-6 от 04.01.2002) и Законодательным собранием Ростовской области (исх.№ 01.4429/1521 от 30.01.2002), а 7 июня 2004 года предложенной соискателем на парламентских слушаниях в Совете Федерации «Об оптимизации правового обеспечения безопасности дорожного движения в Российской Федерации», но до настоящего времени не реализованной.

С 2002 года круглосуточно на сайте http://titan.ip.rsu.ru, созданном под руководством соискателя, функционируют "on-line" расчеты по моделям, изложенным в диссертации («пожарные» - http://titan.ip.rsu.ru/online/fhazsmp/input.html и «дорожные» -http://titan.ip.rsu.ru/online/envsmp/input.html), что позволяет любому пользователю Интернета применить их в научных, учебных или профессиональных целях.

Материалы диссертации в виде электронного учебника «Диагностика материалов и изделий из них», разработанного по гранту ЮФУ 05/6-98, с 2007 года общедоступны на сайте http://uran.ip.rsu.ru, созданном также под руководством соискателя.

Теоретические и методические разработки и модели использованы в учебных процессах и квалификационных работах студентов, слушателей и аспирантов в Ростовском государственном строительном университете и в Академии ГПС МЧС России. Часть созданных методов, средств и систем прошли экспертизу и зарегистрированы в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам (Патенты РФ: № 2060566 от 20.05.1996, № 2343467 от 10.01.2009 и № 2399910 от 20.09.2010; заявки на изобретения: № 2006135993 от 12.10.2006, № 2009121080 от 03.06.2009 и № 2010128460 от 09.07.2010), что делает их доступными широкому кругу специалистов по моделированию, созданию и оптимизации аналогичных систем.

Апробация работы. Теоретические и практические результаты, представленные в диссертации, докладывались на 6 научных семинарах, на 9 региональных, 42 Всероссийских и 78 международных конференциях, симпозиумах, форумах и конгрессах:

Всесоюзной конференции посвящ. 30-летию НПО «Импульс» (Северо-донецк: НПО «Импульс», 1986), VII и XI научно-практической конференции «Проблемы предотвращения и тушения пожаров на объектах народного хозяйства (Балашиха: ВНИИПО, 1987 и 1992), семинаре «Проблемы пожарной безопасности АЭС» (Нетежин: Хмельницкая АЭС, 1992), XII Всероссийской научно-практической конференции «Научно-техническое обеспечение противопожарных и аварийно-спасательных работ» (Балашиха: ВНИИПО, 1993), II Международной конференции «Информатизация систем безопасности - ИСБ 93» (Москва: ВИПТШ, 1993), Международной конференции «Современные проблемы национальной безопасности: Россия в XXI век с миром и согласием» (Ростов н/Д: РЮИ МВД РФ-АПБНД999), Окружной научно-практической конференции «Актуальные проблемы борьбы с терроризмом в Южном регионе» (Ростов н/Д: РЮИ МВД РФ, 2000), 6-й, 8-й, 9-й, 10-й, 11-й, 12-й, 13-й, 14-й, 15-й, 17-й, 18-й, 19-й, 20-й и 21-й Международных конференциях «Системы безопасности» - СБ 1997,1999, 2000, 2001,2002,2003,2004,2005, 2006, 2008, 2009, 2010, 2011 и 2012» (Москва: АГПС МЧС РФ, 1997-2012), 6-м Международном форуме «Технология безопасности» (Москва, 2001), Региональной научно-теоретической конференции «Политико-правовая культура и духовность» (Ростов н/Д: РЮИ МВД РФ, 2001), научно-практической конференции «Вопросы надежности и безопасности Ростовской АЭС» (Ростов н/Д: РОД «Экологический конгресс», 2001), научно-технической конференции по межотраслевой Программе Минатома и Минобразования РФ «Научно-инновационное сотрудничество» (Москва: МИФИ, 2002), Всероссийских научно-практических конференциях «Техносферная безопасность, надежность, качество, энергосбережение» (Туапсе :РГСУ, 2002-2012), VI Международной научно-практической конференции «Экономика природопользования и природоохраны» (Пенза:ПДЗ-МАНЭБ, 2003), 24-й, 25-й и 26 научно-практических конференциях с между-нар.участием «Композиционные материалы в промышленности -СЛАВПОЛИКОМ» (Ялта-Киев: УИЦ «Наука, техника, технология», 20042006), 1-й и 2-й Международных конференциях. "Наука и будущее: идеи, которые изменят мир" (Москва: ГГМ им.Вернадского -Фонд "Наука и будущее», 2004 и 2005), 12-й и 13-й Международных конференциях «Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики» (Ялта-Киев: УИЦ «Наука, техника, технология», 2004, 2005), Всероссийской научно-практической конференции «Математика, информатика, естествознание в экономике и обществе» (Москва: МФЮА, 2006), 14-й, 15-й и 16-й международных конференциях «Проблемы управления безопасностью сложных систем» (Москва: ИПУ РАН, 2006-2008), Международных научно-практических конференциях «Строительство-2007,2008,2009» (Ростов н/Д: РГСУ, 2007-2009), научно-практической конференции с межд.участием «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (Абрау-Дюрсо/Ростов н/Д: ЮФУ, 2007), 10-й и 12-й международных конференциях «Высокие давления. Фундаментальные и прикладные аспекты». (Судак/Донецк, ДФТИ им. А.А.Галкина НАН Украины, 2008 и 2012), Международных научно-практических конференциях «Пожарная и аварийная безопасность» (Иваново: ИИГПС МЧС РФ, 2008,2011,2012), XVII Международной конференции по химической термодинамике в России (RCCT 2009, Казань. РХО им.Д.И.Менделеева), научно-методических конференциях «Современные информационные технологии в образовании: Южный федеральный округ -СИТО 2009, 2010,2011» (Ростов н/Д: ЮГИНФО, 2009-2011), Международной практической конференции «Новые информационные технологии в образовании (НИТО-Байкал, г. Улан-Удэ, 2010), XIV молодеж. конф.-школы с меж-дунар. участием «Современные проблемы математического моделирования» (Ростов н/Д: ЮФУ-2011); Всерос. науч.-практ. конф. «Предупреждение преступлений и административных правонарушений в сфере обес-печения безопасности дорожного движения» (Краснодар: КрУ МВД РФ-2011); 4-й меж-дунар.науч.конф. ССПС-2011 «Системный синтез и прикладная синергетика» (Пятигорск-Таганрог: ТТИ ЮФУ-2011); International research and practice conference European Science and Technology: (Wiesbaden, Germany-2012); Всерос.науч.конф, «Гуманитарные и естественные науки: проблемы синтеза» (Москва, РАН, Центр проблемного анализа и государственно-управленческого проектирования, 2012); Междунар. научно-практ. конф

Совершенствование теории и методологии финансов и налогообложения" (Йошкар-Ола, 2012); 13-й межд. науч.-практ. конф. «Высокие технологии, экономика, промышленность» (С-Петербург, 2012); 9-й междунар.конф. по проблеме нефтегазоносности Черного, Азовского и Каспийского морей («Ге-ленджик-2012): «Актуальные проблемы развития ТЭК регионов России и пути их решения» (Геленджик, Южморгеология, 2012); Russian-Taiwanese Symposium "Physics and Mechanics of New Materials and Their Applications" (Rostov-on-Don: Southern Federal University, 2012).

Кроме того, в период с 1992 по 2002 г.г., по заказам предприятий Мин-прибора, Минрадиопрома, Минатомэнерго, а также для 3-х зарубежных фирм: "Vilniaus Sigma"(JlHTBa), "Kvantor" (Украина) и "Stinol" (Италия), под руководством автора, совместно с АГПС и ВНИИПО МЧС РФ выполнен ряд НИР, в которых использованы модели, методы и средства, представленные в диссертации, что отражено в 8 научно-технических отчетах.

В 2005-2009 г.г., под руководством соискателя в рамках Программы «СТАРТ» (проект № 5823) создан макет установки «ОКТАЭДР» (Оптико-электронного Крио-Термо-Акусто-Эмиссионного ДериватогРафа) — прототипа БЭТА-анализатора, на котором были проведены экспериментальные исследования устойчивости (старения) и пожарной опасности образцов элек-трорадиоматериалов, результаты которых позволили разработать модели АСКЭ и АСПОП, представленные в диссертации.

Под руководством автора с августа 2011 г. выполняется проект № 16258, финансируемый Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере, «Радиобиосенсорная система диагностики индивида» (водителя, оператора и др.), в которой реализуются модели оценки «человеческого фактора».

Результаты работы отражены в отчетах ряда госбюджетных НИР, выполненных в рамках Программ Минобразования РФ:

- Межвузовской НТП 1996-99 г.г. «Качество и безопасность технологий, продукции, образовательных услуг и объектов» (НИР-4.65), в которой соискатель был руководителем;

- гранта Минобразования РФ (2001-2002г.г.) № ТОО-13.0-2500 «Модель адаптивной системы безопасности дорожного движения с пассивной локацией транспортных средств (рук.- д.ф.-м.н., проф. Денисенко П.Ф.), в которой соискатель был ответственным исполнителем;

- Межотраслевой НТП с АО «АВТОВАЗ» (2002-2003 г.г.) «Модель оценки и утилизации дорожно-транспортного вреда и система реализации её в автомобиле (проект 02.06.004 - шифр «БАКСАН», рук.- д.т.н., проф. Панич А.Е.), в которой соискатель был ответственным исполнителем;

- гранта Южного федерального университета (2007 г.) «Методы и средства диагностики и испытаний материалов и изделий из них» (№ 05/6-98 -рук. к.ф.-м.н., с.н.с. Буйло С.И.), в которой соискатель был ответственным исполнителем;

Публикации. По теме диссертации опубликовано более 200 работ, полный список которых приведен в тексте диссертации, в том числе 4 монографии, 4 Патента РФ, 4 заявки на изобретения и 18 публикаций в изданиях, включенных ВАК РФ в Перечень изданий для публикации результатов докторских диссертаций. Более 60 работ опубликовано после защиты кандидатской диссертации, в числе которых 2 монографии, 2 патента РФ, 3 заявки на изобретения и 11 публикаций в ВАКовских журналах.

В работах, опубликованных в соавторстве, личное участие автора заключается в постановке проблем и формализации задач, статистическом анализе и математическом моделировании, теоретическом обосновании исследований и непосредственном участии в создании инструментальных и программных средств, в т.ч. сервера и сайтов - http://titan.ip.rsu.ru и http://uran.ip.rsu.ru.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 422 страницах и состоит из введения, шести глав и заключения, содержащих 22 таблицы и 74 рисунка, со списком литературы из 499 источников на 26 стра