Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Оптимальное использование метеорологической информации при обеспечении неотложных спасательных работ, проводимых подразделениями МЧС в условиях ограниченных ресурсов

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Оптимальное использование метеорологической информации при обеспечении неотложных спасательных работ, проводимых подразделениями МЧС в условиях ограниченных ресурсов"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РФ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи УДК 551.509.314

1)иг

УЛЫМН^Мгорь Иванович Ч_

ОПТИМАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ ПРИ ОБЕСПЕЧЕНИИ НЕОТЛОЖНЫХ СПАСАТЕЛЬНЫХ РАБОТ ПОДРАЗДЕЛЕНИЯМИ МЧС В УСЛОВИЯХ ОГРАНИЧЕННЫХ

- - ДОГ 1237

ИНФОРМАЦИИ , ПРОВОДИМЫХ РЕСУРСОВ

Специальность 11.00.09 - Метеорология, климатология,

агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в Воронежском высшем военном авиационном инженерном училище.

Научные руководители:

кандидат физико-математических наук, доцент Волконский Н.Ю. кандидат физико-математических наук, доцент Дегтярев A.C.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ефремов Р.Н.,

доктор физико-математических наук, профессор Солдатенко С. А.

Ведущая организация: Гидрометеорологическая служба Вооруженных Сил России

Защита диссертации состоится " ил^Я-^Н, 1997 г.

в /5~ЗР часов на заседании специализированного совета К.063.19.01 Российского государственного гидрометеорологического института по адресу: 195196, г. Санкт-Петербург, Малоохтинский проспект, 98.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного гидрометеорологического института.

Автореферат разослан

■■ /9

/с

1997 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физико-математических наук, доцент

В.Д. Еникеева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В последние годы наряду с природными катаклизмами участились случаи аварий и катастроф техногенного характера. Анализ экономического положения позволяет сделать вывод о том, что вероятность коренного улучшения ситуации в ближайшем будущем невелика.

Ликвидация последствий стихийных или иных бедствий производится силами Министерства по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий (МЧС). В наиболее сложных условиях, когда существует угроза жизни и здоровью людей, часто используется авиационная техника. Крайняя срочность и важность решаемых в подобных случаях задач предъявляют особые требования к эффективности деятельности авиационных подразделений, которая в значительной степени зависит от качества метеорологического обеспечения.

К настоящему времени доказано, что совершенствование метеорологического обеспечения может быть связано не только с приближением разрабатываемых прогнозов погоды к идеальным, но и с улучшением порядка использования потребителями имеющейся метеоинформации. В то же время, ни значительного практического опыта, ни специальных методик метеообеспечения спасательных операций, учитывающих их специфические особенности, пока не существует. Таким образом, тема исследования является весьма актуальной.

Цель работы состоит в разработке методики оптимального использования, прежде всего на этапе планирования, климатической и прогностической метеоинформации при обеспечении действий авиации МЧС в ходе проведения неотложных спасательных работ в условиях дефицита времени и ограниченных материальных ресурсов. Данная методика основывается на анализе климатических повторяемостей тех или иных погодных условий при определенных формулировках стандартных авиационных прогнозов погоды и реализуется путем построения категорически-вероятностного прогноза выполнения задачи по метеоусловиям.

Достижение поставленной цели предполагает решение следующих задач:

1. Определение основных отличий неотложных спасательных работ, проводимых подразделениями МЧС, от деятельности других потребителей метеоинформации и обоснование необходимости разработки специализированного метеообеспечения подобных задач.

2. Выбор критерия, позволяющего разработать специализированное метеорологическое обеспечение неотложных спасательных работ и оценить его эффективность.

3. Разработка на основании выбранного критерия методики оптимального использования метеоинформации потребителем.

Научная новизна работы заключается: в классификации задач, решаемых аварийно-спасательными формированиями МЧС, с точки зрения • метеорологического обеспечения; в обосновании использования в качестве критерия эффективности метеообеспечения при решении особо важных задач вероятности их выполнения; в разработке алгоритма построения специализированных прогнозов выполнения задач по метеоусловиям, а также методики оптимального использования метеорологических данных при проведении неотложных спасательных работ в условиях ограниченных ресурсов.

Достоверность полученных в работе результатов обусловлена корректной постановкой задачи, строгостью применения математического аппарата, использованием для проверки архивной выборки достаточно большого объема.

Практическая ценность работы состоит в том, что разработанная методика использования метеоинформации при метеообеспечении деятельности подразделений МЧС, проводящих неотложные спасательные работы, позволяет значительно повысить вероятность выполнения подобных задач потребителем без существенных материальных затрат. Данный подход может быть использован, кроме того, при решении аналогичных задач в других отраслях народного хозяйства, в Вооруженных Силах Российской Федерации, а также в учебном процессе при изучении дисциплин "Авиационная метеорология" и "Статистические методы обработки метеоинформации".

Основные положения, выносимые на защиту:

1) классификация задач, решаемых аварийно-спасательными формированиями МЧС, с точки зрения метеорологического обеспечения;

2) обоснование использования в качестве критерия опта-

мальности метеообеспечения при решении особо важных задач вероятности их выполнения;

3) алгоритм построения специализированного прогноза выполнения задач МЧС в условиях ограниченных ресурсов;

4) методика оптимального использования метеорологической информации при обеспечении деятельности авиации подразделений МЧС, проводящих неотложные спасательные работы.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на семинарах кафедры метеорологии (декабрь 1994 - 1996 гг.) и кафедры физики атмосферы и моделирования метеорологических процессов (декабрь 1996 г.) Воронежского ВВАИУ, на научно-технической конференции Воронежского ВВАИУ (май 1996 г. ), на Всероссийском молодежном научном симпозиуме "Молодежь и проблемы информационного и экологического мониторинга" (Воронеж, март 1996 г.), на Всероссийской научной конференции "Современная география и окружающая среда" (Казань, сентябрь 1996 г.), на семинаре кафедры метеорологических прогнозов Российского государственного гидрометеорологического института (февраль 1997 г.), а также опубликованы в 5-ти научных статьях.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения, библиографического указателя, содержащего 98 источников, и приложения. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста, содержит 11 рисунков и 8 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дано обоснование актуальности темы и определена цель исследования. Приведен перечень положений, выносимых на защиту, оценена научная новизна и практическая значимость работы. Кратко изложено содержание разделов диссертации.

В первом разделе рассмотрены задачи, решаемые силами МЧС. указаны их специфические черты, отличающие их от деятельности других потребителей метеоинформации, описана существующая система метеорологического обеспечения, отмечены ее недостатки. Рассмотрены основные направления повышения качества метеообеспечения традиционных потребителей, а также авиационных

подразделений МЧС, действующих в условиях ограниченного времени и материальных ресурсов. Дано понятие теории статистических решений и динамического программирования.

В соответствии с Законом РФ "Об аварийно-спасательных службах и статусе спасателей" задачи, решаемые аварийно-спасательными формированиями МЧС, предлагается разделять на два класса:

1) задачи, решаемые в самые кратчайшие сроки и связанные со спасением жизни и здоровья людей;

2) задачи, решаемые без ограничений времени.

Задачи второго класса решаются в обычном порядке и не требуют разработки специализированного метеообеспечения.

Задачи, решаемые в условиях ограниченного времени, имеют определенную специфику. Чрезвычайная срочность делает необходимым использование наиболее быстрого вида транспорта - авиации. что предполагает значительную зависимость от метеоусловий. Зачастую, особенно в случаях когда происшествие случилось вдали от крупных населенных пунктов, операция проводится в условиях недостатка материальных ресурсов. Главная же особенность состоит в том, что затраты на решение задачи несравнимо меньше потерь в случае ее невыполнения. Таким образом, несомненная важность и значительные специфические особенности подобных задач требуют разработки специальной методики, повышающей качество их метеорологического обеспечения.

Совершенствование метеорологического обеспечения в настоящее время представляется возможным по трем направлениям:

1. Повышение оправдываемое™ прогнозов, приближение их к идеальным.

2. Повышение оперативности получения, обработки и передачи потребителям метеоинформации.

3. Повышение эффективности использования метеорологической информации потребителями.

Однако совершенствование прогнозов погоды является сложным, длительным и дорогостоящим процессом. Технология наукас-тинга, с появлением которой теоретически проблему повышения оперативности сбора, обработки и передачи потребителям метеоинформации в значительной степени можно считать решенной, требует значительных материальных затрат и не позволяет решить проблему оптимизации метеообеспечения на этапах планиро-

вания деятельности потребителя, когда рациональное использование имеющейся метеоинформации может дать значительный, в том числе и экономический, эффект.

В связи с этим в работе рассмотрены вопросы оптимального использования потребителями имеющейся метеоинформации. Показано, что для улучшения существующей системы метеорологического обеспечения необходимо при принятии решения учитывать несовершенство прогностических методик. Для этого требуется более активное участие разработчика прогноза в процессе принятия решения, что обеспечивается стратегией полного доверия метеорологу со стороны потребителя. Кроме того, прогноз может быть оптимальным только в том случае, если при его разработке учитывался конкретный комплекс решаемых потребителем задач.

Для реализации подобных предложений предлагается на основе выбранного критерия эффективности деятельности потребителя и с учетом специфики решаемых им задач разрабатывать категорически-вероятностный прогноз выполнения задачи по метеоусловиям.

Оптимизация метеообеспечения на основе любого критерия эффективности, связанного с результатами деятельности потребителя, предполагает использование в качестве исходных параметров элементов матрицы затрат (доходов) потребителя, характеризующих его потери или прибыли в зависимости от погодных условий и определенных хозяйственных решений. Значения компонентов матрицы затрат используются и при разработке категорически-вероятностного прогноза (для расчета пороговой вероятности). Однако определение данных элементов на практике является чрезвычайно сложной задачей, и это в значительной степени препятствует широкому использованию категорически-вероятностных прогнозов.

Вместе с тем существует определенный класс задач, характеризуемый тем. что соотношение потерь достоверно известно. В частности, при проведении неотложных спасательных работ любые материальные затраты явно несопоставимы с возможными потерями человеческих жизней при невыполнении поставленной задачи.. В работе показано, что в подобных случаях известное соотношение потерь позволяет определить пороговую вероятность без учета каких-либо экономических параметров.

Таким образом, требуется разработать алгоритм построения

специализированного прогноза, позволяющего в категорической форме сообщать потребителю рекомендации о целесообразности тех или иных действий, направленных на выполнение задачи, оптимальные с точки зрения выбранного критерия эффективности. При этом стратегия полного доверия прогнозу со стороны потребителя должна обеспечивать максимально возможное значение данного критерия.

Программа действий потребителя, как правило, может быть разделена на несколько этапов (по времени, месту и т.п.). В этом случае решение задачи требует использования специального математического аппарата - динамического программирования.

Во втором разделе обосновывано использование вероятности выполнения задачи в качестве критерия оптимизации метеообеспечения авиационных подразделений МЧС. Разработаны алгоритмы построения прогноза выполнения задачи при наличии у потребителя одного или нескольких самолетов, а также методика оптимального использования метеоинформации при обеспечении неотложных спасательных работ в условиях ограниченных ресурсов.

Обосновать использование в качестве критерия вероятности выполнения задачи можно следующим образом. Задачи МЧС первого класса характеризуются тем. что потери в случае их невыполнения несравнимо больше затрат на их решение. Совершенно очевидно, например, что затраты на обеспечение полетов в зону бедствия несопоставимы с потерями человеческих жизней в случае недоставки медикаментов или срыва эвакуации пострадавших.

Обозначив потери при невыполнении задачи 8, а затраты на ее решение 90, получим, что математическое ожидание потерь при решении задачи

9ср-= (1-р)6 + е0. (1)

где вероятность выполнения задачи р при фиксированных ресурсах всегда отлична от единицы. Для рассматриваемого класса задач е»9„. поэтому

6ср а (1-р)9. (2)

откуда следует, что минимуму средних потерь соответствует максимум вероятности выполнения задачи, зависящей от применяемого прогностического метода и стратегии его использования.

Для иллюстрации построения прогноза выполнения задачи

удобно рассмотреть вначале простую конкретную задачу, которая, тем не менее, содержит все характерные особенности обсуждаемого алгоритма.

Пусть прогнозист обслуживает потребителя, перед которым стоит задача доставки грузов пострадавшим от стихийного бедствия. Для этой цели в распоряжение потребителя на некоторый период Т выделен один самолет, который из-за ограниченного запаса материальных ресурсов (например, топлива) может совершить только N полетов с базы в зону бедствия и обратно. Для полета туда и обратно требуется единица времени (один этап), для заброски груза достаточно одного удачного полета, а в случае невозможности посадки самолет просто возвращается на базу, где посадка возможна всегда. Прогнозист каждую единицу времени разрабатывает прогноз возможности посадки в зоне бедствия, а потребитель принимает решение об отправке самолета.

Стратегия использования прогнозов определяется пороговой вероятностью р0 (если вероятность посадки по прогнозу больше или равна пороговой, принимается решение "лететь", если меньше - "не лететь"). В качестве вероятности посадки предлагается использовать вероятность (повторяемость) благоприятных погодных условий при данной формулировке прогноза, определяемую с помощью архивного материала. Пороговое значение вероятности расчитывается, исходя из условия максимума Рн т - вероятности выполнения задачи за Т этапов при ресурсах N. Значение Р„_т находится из рекуррентного соотношения

/ч

Р = Рм.т = Пц+ П1гР„-1.т-1 + (п21 + пг2)Рм.т.,, (3)

где п,, пгг представляют собой элементы матрицы сопряженности:

РЕШЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЯ ФАКТИЧЕСКИЕ МЕТЕОУСЛОВИЯ

ПОСАДКА ВОЗМОЖНА ПОСАДКА НЕВОЗМОЖНА

"лететь" Пц п12

"не лететь" п21 П22

Начальные условия имеют вид:

Ро.т = Рн.о = 0. (4)

С учетом того, что решение на вылет принимается при р>р0, значения пп - п22 определяются следующим образом:

Ч 1

'2 1

Г (р) рйр, п1;

Г(р)(1-р)йр.

Ро

Ро

Ро

Г (р) рс3р, П;

2 2

Г(р)(1-р)йр,

(5)

Здесь Ро - пороговая вероятность выпуска самолета; р - вероятность совершения посадки (0<р<1); 1Чр) - плотность распределения вероятности. Максимум Рн т определяется из условия:

дРц.т

' Зр0

= 0.

(6)

Подставляя (3) в выражение (6) после несложных преобразований получаем

Ро

Рн.

Т-1

Рк-1.

Т-1

1 Ры-1.Т-1

(7)

Пороговая вероятность определяется для каждого этапа. Следовательно, каждому этапу выполнения задачи будет соответствовать свое оптимальное решение и, следовательно, своя матрица сопряженности. Кроме того, важно подчеркнуть, что на каждом этапе пороговая вероятность не зависит ни от каких экономических или иных трудноопределяемых параметров.

В случае, когда в распоряжении потребителя находится не один, а два самолета, вероятность выполнения М полетов определяется следующим выражением:

Рг . м . N. т П11 Рг . м -1. N - 1. т - 1 + П1 г Рг . н.

N-1,1-1

- и -

+ п2 1Рг,м-г,ы-г.т-1 + пггРг,м.ы-г.т-1

+ (П31 + Г1зг)Рг. н. N. т-1 • (8)

с начальными условиями:

Рг. о. N. т = Для любых N и Т, (9)

Рг.м.н.т = ДЛЯ любых N<N1 и(или) Т<(М/2). (10)

В выражении (8) п,! - пзг представляют собой элементы матрицы сопряженности:

РЕШЕНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЯ ФАКТИЧЕСКИЕ МЕТЕОУСЛОВИЯ

ПОСАДКА ВОЗМОЖНА ПОСАДКА НЕВОЗМОЖНА

"лететь 1-им самолетом" п,, п12

"лететь 2-мя самолетами" П2 1 П2 2

"не лететь" "31 П32

В зависимости от соотношения пороговых вероятностей выпуска одного и двух самолетов возможны два варианта определения элементов данной матрицы, а, следовательно, и самих значений пороговых вероятностей. Поскольку заранее неизвестно, при каком соотношении будет достигнуто оптимальное решение, необходимо рассматривать оба случая. В первом случае выполняется условие:

О < р01 < рог < 1. (И)

Пороговые вероятности выпуска одного и двух самолетов определяются выражениями:

Рг. м. N. т-1 ~Рг .н. N-1.1-1 ___

Ро,= ---- , (12)

г2.Н-1.Н-1.Т-1 Г2.М,N-1.1-1

Р02 =

Рг.м.м-г.т-1 Рг.и.к -1.г -1

P2.M-1.N-1.T-1 Рг.н.N -1. т-1 Рг.и-г.н-г.т-1+Рг. м. N - г. т -

Во втором случае соотношение между пороговыми вероятностями следующее:

О < Рог < Ро1 < 1. (13)

а пороговые вероятности выпуска самолетов определяются по формулам:

р _ _Р2.М.11-2.Т-1~Рг.И.Н-1.Т-1_

Р*2 . М-1 . N-1 . Т-1 "Рй. М. N-1 . Т-1 "Р^. М-2. К-2. Т-1 +Рг . М, К - 2 . Т - 1

Рг. и. н. т-1 ~Рг. м, N-г, т-1 р02= —-----. (14)

Рг. М-2. N-2. Т-1 И. N-2. Т-1

Для получения значений пороговых вероятностей, обеспечивающих оптимальную стратегию действий потребителя и максимизирующих вероятность выполнения задачи, необходимо проводить расчеты дважды: для варианта с ограничениями (11) и для варианта с ограничениями (13). После вычислений проводится сравнение полученных значений вероятности и выбирается вариант, обеспечивающий ее максимум.

В работе получены выражения для расчета вероятности выполнения задачи и пороговых вероятностей для любого числа самолетов. Таким образом, при наличии любого числа самолетов, любого запаса ресурсов и необходимости совершить любое число полетов можно определить оптимальную стратегию действий потребителя, максимизирующую вероятность выполнения поставленной задачи.

Методика оптимального использования метеоинформации при обеспечении деятельности авиации МЧС по решению первого класса задач представляется следующей:

1) сбор климатических данных и архива специализированных прогнозов погоды по конкретному пункту или району;

2) получение необходимой информации от потребителя;

3) разработка алгоритма оптимального решения задачи;

4) анализ синоптического материала и разработка прогноза

погоды по району бедствия;

5) анализ фактической погоды, соотношения вероятностей успешной посадки и пороговой вероятности выпуска самолета и выдача потребителю рекомендаций ("лететь" или "не лететь") в категорической форме;

6) повторение пп 4-5 для каждого этапа решения задачи.

Необходимым требованием, позволяющим успешно реализовать

данную методику, является полное доверие прогнозисту со стороны потребителя.

Третий раздел посвящен апробации предложенного подхода и проверке его эффективности.

В качестве примера представления выходной информации можно рассмотреть табл. 1 и 2. построенные для наиболее простого случая, когда в распоряжении потребителя находится один самолет (т.е. К=1) и необходимо выполнить хотя бы один полет в зону бедствия.

Табл. 1 содержит результаты обработки архивного материала, в том числе и архива стандартных авиационных прогнозов погоды. Восемь столбцов данной таблицы относятся к различным сочетаниям формулировок стандартных авиационных прогнозов высоты нижней границы облаков, дальности видимости и скорости ветра. HSV означает, например, что в прогнозе предусматривались высота НГО и дальность видимости больше необходимого минимума, а скорость ветра ниже максимально допустимой. Наличие же надстрочного знака "-" означает несоответствие данного метеоэлемента установленным ограничениям.

В строках таблицы представлены соответственно: количество тех или иных сочетаний формулировок прогнозов (N форм.), число случаев, когда была возможна посадка при данном сочетании формулировок (N посад.), и повторяемость удачных посадок.

Таблица 1

ФОРМУЛИР. HSV HSV HSV HSV HSV HSV HSV HSV

номер 1 2 3 4 5 6 7 8

N форм. 523 131 1 175 0 38 24 1

N посад. 288 51 0 66 0 4 8 0

ПОВТОР. .551 .389 . ООО .377 .000 . 105 . 333 . 000

Табл. 2 включает в себя для каждого значения числа этапов (первый столбец) и запаса материальных ресурсов (второй столбец) результаты расчетов по описанному алгоритму пороговой вероятности выпуска самолетов (третий столбец), вероятность выполнения задачи при предлагаемом (пятый столбец) и стан-. дартном (шестой столбец) подходах, а также оценку эффективности методики с помощью трех критериев, характеристика которым дается ниже (седьмой, восьмой и девятый столбцы). Для большего удобства пользователей четвертый столбец содержит перечень номеров формулировок прогнозов (по табл. 1), при которых потребителю выдается рекомендация на вылет.

Таблица 2

Т N Ро Номера форм-вок прогноза Рм.т Р3 1 б Л т Л \Л

1 2 3 4 5 6 7 8 9

1 .000 любые .467 .323 14.4 44.8 21.3

2 .000 любые .467 .323 14.4 44.8 21.3

1 3 .000 любые .467 .323 14.4 44.8 21.3

4 .000 любые . 467 .323 14.4 44.8 21.3

5 .000 любые .467 .323 14.4 44.8 21.3

1 .467 1 . 516 .456 6.0 13. 1 11.0

2 .000 любые .716 .541 17.5 32.3 38. 1

2 3 .000 любые .716 .541 17.5 32.3 38. 1

4 .000 любые .716 .541 17.5 32.3 38. 1

5 .000 любые .716 .541 17.5 32.3 38.1

1 .516 1 .536 .512 2.4 4.9 5. 1

2 .413 1 .755 .667 8.8 13.2 26.5

3 3 .000 любые . 849 .689 16.0 23.2 51.3

4 .000 любые . 849 .689 16.0 23.2 51.3

5 .000 любые .849 .689 16. 0 23.2 51.3

- 15 -

Полученные результаты полностью соответствуют логическим рассуждениям. Вероятность выполнения задачи растет с увеличением запаса материальных ресурсов, имеющегося числа самолетов и числа этапов и уменьшается при увеличении требуемого количества полетов. При повышении уровня подготовки экипажа самолета вероятность возрастает, и наоборот. Это является дополнительным подтверждением работоспособности разработанного алгоритма.

Эффективность предлагаемой методики оценивалась путем сравнения вероятностей выполнения задачи при предлагаемом в работе и при стандартном подходах. Предполагалось, что при стандартном подходе решение на вылет принимается только при прогнозе благоприятных погодных условий.

Вероятность выполнения задачи при стандартном подходе определялась с помощью выражений, аналогичных (3) - (14). Например, если в распоряжении потребителя находится один самолет, и необходимо выполнить хотя бы один полет в зону бедствия, то можно записать:

Pst N.T =nil+nl2Pst N-l.T-1 + (П2 1 +n22)Pst N.T-1' (15)

или, в более удобном для вычислений виде:

Pst n.t = PP(HSV) + (PS(HSV) - PP(HSV))Pst „_,.T_i +

+ (l-PS(HSV))Pst H>T.,, (16)

где-PS(HSV) - повторяемость прогнозов с формулировкой HSV (высота нижней границы облаков выше, видимость больше, а скорость ветра меньше минимально допустимых значений);

РР(HSV) - повторяемость успешных посадок (благоприятных погодных условий) при данном сочетании формулировок прогнозов.

Анализ полученных в работе результатов показал, что при любых K.M.N.T вероятность выполнения задачи при рекомендуемом подходе выше, чем при стандартном. По аналогии со стандартными критериями эффективности для большей наглядности в работе использовались следующие показатели:

ö = PK.M.N.T ~ Pst K.M.N.T > PK . M . N . T ~ Pst K.M.N.T

T =

p.

st K.M.N.T

Рк. м. n . т Ps t k.h.w.t A. — • \ ^' )

1 " Pst K.M.N.T

б представляет собой абсолютное изменение вероятности выполнения задачи при рекомендуемом подходе по сравнению со стандартным, а т - величину относительного изменения. Введение критерия X обусловлено тем, что при малых Pst k.m.n.t х принимает большие значения и не является показательным. В то же время, при Psl k.m.n.t ~ 1 более показательным является критерий т.

В качестве примера на рис. 1 показана зависимость 6 от числа этапов и запаса материальных ресурсов при К=М=1.

Очевидной является общая тенденция к убыванию значений критерия с ростом числа этапов и уменьшением запаса ресурсов. В то же время, при любых N на первом этапе 5 остается постоянной величиной, определяемой климатическими показателями. Объясняется это тем, что с увеличением Т вероятность выполне-

Рис. 1. Значения 5 при М=К=1 и минимуме экипажа 300 х з

ния одного полета и при стандартном подходе в значительной степени увеличивается, что приводит к уменьшению "выигрыша". К аналогичным последствиям приводит и уменьшение запасов материальных ресурсов, т.к. это снижает возможности потребителя выбрать оптимальную стратегию действий. На первом этапе 5=сопз1, поскольку при любых N независимо от прогноза погоды принимается решение на вылет.

Результаты расчетов свидетельствуют также, что повышение летного мастерства приводит к уменьшению значений 5. что вполне закономерно. Критерий X максимален при Т=Ы, т.е. эффективность применения методики наибольшая, когда запас ресурсов ограничен и численно равен числу этапов, и поэтому цена каждого "ошибочного" полета становится очень высокой. Значения критерия т при больших значениях Р3[ к.м.и.т невелики, поскольку "выигрыш" в вероятности в этих случаях минимален.

В заключении сформулированы основные результаты исследования.

1. Задачи, решаемые аварийно-спасательными формированиями МЧС, можно разделить на два класса, отличающихся по степени важности и наличию или отсутствию ограничения времени при их решении. Задачи первого класса решаются в условиях резко ограниченного времени и ограниченного запаса материальных ресурсов и характеризуются тем, что потери в случае их невыполнения несравнимо больше затрат на их решение. Задачи второго класса не связаны со спасением жизни людей или с предотвращением экологического бедствия и решаются без ограничения по времени.

2. Крайняя срочность при решении задач первого класса, как правило, требует использования авиационной техники. При этом особые требования предъявляются к эффективности метеорологического обеспечения авиации подразделений МЧС.

3. Существующий порядок метеорологического обеспечения различных потребителей, в том числе авиационных формирований МЧС, не в полной мере отвечает их запросам и не обеспечивает принятия оптимальных решений в различной обстановке. Для устранения существующих недостатков предлагается на основе выбранного критерия эффективности деятельности потребителя и с учетом специфики решаемых им задач разрабатывать категорически-вероятностный прогноз выполнения задачи по метеоусловиям.

В качестве исходного могут использоваться как отдельные существующие методы прогноза влияющих метеоэлементов, так и их совокупности с последующей комплексацией на основе указанного критерия.

4. Одним из наиболее распространенных критериев эффективности деятельности потребителя является математическое ожидание прибыли или потерь, связанных с погодой. Однако для некоторых классов потребителей он не является показательным, поскольку получение максимальной прибыли или минимизация материальных затрат не является главным в их деятельности.

5. Поскольку при проведении неотложных спасательных работ (задачи первого класса) главной целью является спасение жизни и здоровья людей, а материальные затраты можно рассматривать как второстепенный фактор, в качестве критерия оптимизации метеорологического обеспечения деятельности авиации МЧС в условиях дефицита времени и ограниченных материальных ресурсов предлагается использовать вероятность выполнения поставленной задачи. В работе показано, что максимизация этого критерия приводит к минимальным потерям потребителя.

6. На основании данного критерия разработана методика оптимального использования метеоинформации, позволяющая найти оптимальную стратегию действий и максимизирующая вероятность выполнения задачи аварийно-спасательными формированиями МЧС. Необходимым условием ее реализации является безусловное доверие метеорологу со стороны потребителя.

8. Сущность предлагаемой методики состоит в анализе климатической информации и архива специализированных авиационных прогнозов погоды по району бедствия с целью получения вероятностей (повторяемостей) успешных посадок при тех или иных сочетаниях формулировок стандартных авиационных прогнозов. Решение на вылет рекомендуется принимать исходя из соотношения вероятности успешной посадки при данном сочетании формулировок прогнозов и порогового значения вероятности. Если вероятность успешной посадки (а, фактически, благоприятных условий) больше пороговой, рекомендуется решение "лететь", и наоборот. Значения пороговой вероятности рассчитываются по специальному алгоритму с использованием элементов динамического программирования. Исходным является условие экстремума вероятности выполнения задачи. Пороговая вероятность зависит от имеющегося

числа самолетов, запаса материальных ресурсов, требуемого числа полетов, оставшегося числа этапов, климатических особенностей. Подобные неметеорологические данные должны предоставляться метеорологу потребителем.

9. С целью апробации предложенного алгоритма в работе приводятся результаты расчетов, связанных с определением оптимальной стратегии действий потребителя при проведении неотложных спасательных работ при различных исходных данных. . Как показало сравнение со стандартным подходом, когда решение на вылет принимается только при прогнозе благоприятных погодных условий, при любых исходных данных вероятность выполнения задачи при предлагаемом подходе выше, чем при стандартном. Вероятность возрастает при увеличении числа этапов, запаса ресурсов, имеющегося числа самолетов, при повышении уровня подготовки экипажей и снижается при увеличении требуемого числа полетов. Соответствие результатов логическим построениям является дополнительным подтверждением работоспособности предлагаемой методики.

10. Оценка эффективности разработанной методики проводилась с использованием критериев 5, 1 и X. Проверка показала, что применение предлагаемой методики увеличивает вероятность выполнения задачи в среднем на 5-10% (в зависимости от уровня подготовки летного состава). При некоторых исходных параметрах вероятность возрастает в два раза и более.

11. Таким образом, при метеообеспечении решения "важных" задач в условиях дефицита времени и ограниченных материальных ресурсов критерием при отборе оптимальных прогностического метода и стратегии его использования должна служить вероятность выполнения стоящих перед потребителем задач. Применение указанного критерия существенно повышает экономическую эффективность использования метеорологической информации. Внедрение разработанной методики в практическую деятельность не противоречит существующим нормативным документам. После разработки метода категорически-вероятностного прогноза его использование не требует от прогнозиста дополнительных затрат и поэтому легко может быть внедрено в прогностическую практику.

В приложении приводятся результаты расчетов в виде таблиц.

Основное содержание диссертации отражено в работах:

1. Один из подходов к планированию летной деятельности авиационного подразделения (в соавт. с И.А. Скирдой и A.C. Дегтяревым) //Сб. науч. трудов Воронежского ВВАИУ.- 1994. -Вып. 16.

2. Об оптимальном использовании прогностической информации при устранении последствий экологических катастроф (в соавт. с Н.Ю. Волконским и А.С-. Дегтяревым). - Современная география и окружающая среда. Всероссийская научная конференция: Тезисы докладов - Казань, 1996.

3. Оптимизация метеорологического обеспечения при устра-непри устранении последствий экологических катастроф (в соавт. с Н.Ю. Волконским и A.C. Дегтяревым). - Молодежь и проблемы информационного и экологического мониторинга. Всероссийский молодежный научный симпозиум: Тезисы докладов - Воронеж, 1996.

4. Оптимизация использования метеоинформации при решении задач Министерства по чрезвычайным ситуациям (в соавт. с Н.Ю. Волконским и A.C. Дегтяревым) //Сб. науч. трудов Воронежского ВВАИУ-1996.- Вып. 19.

5. Практическая проверка методики оптимального использования метеоинформации при обеспечении деятельности подразделений МЧС //Сб. науч. трудов Воронежского ВВАИУ - 1996. -Вып. 19.

Ульшин И. И.