Прогнозирование катастроф

ВВЕДЕНИЕ. Огромное число природных процессов, происходящих в современном мире, сопровождается преобразованием энергии, а также служат в качестве движущей силы постоянного изменения облика планеты – ее геодинамики. Рассматриваемые явления природы способны создавать и побуждать разрушительные бедствия на поверхности и в атмосфере Земли. Частными примерами подобных явлений являются: извержения вулканов, наводнения, цунами, землетрясения, торнадо, ураганы и другие.
В течение последних десятков лет количество природных катаклизмов возросло как минимум в 5 раз, а материальный ущерб, доставляемый посредством этих же явлений, вырос десятикратно. Основными причинами этого явления является стремительный процесс роста численности населения и экономики, а также характерная деградация природной экосистемы. Данный факт связан с тем, что техногенное воздействие человечества на литосферу не только способно активизировать развитие различных природных катаклизмов, но также приводит и к появлению новых, уже техно-природных [1].
Ведение борьбы с природными катастрофами является ключевым элементом государственной стратегии устойчивого развития. Во время выработки программы «борьбы с катастрофами» необходимо понимать, что человек не способен приостановить или снизить ход эволюционных событий и преобразований Земли. Человек способен только лишь с небольшой долей вероятности предсказать или спрогнозировать их развитие, но иногда и оказать влияние на их динамику. Именно поэтому на сегодняшний день в качестве приоритетной задачи становится своевременное прогнозирования природных катаклизмов, а также смягчение их негативных последствий.
Изучая вопрос опасных районов мира, подверженных природным катаклизмам, необходимо отметить, что на сегодняшний день более половины площади территории Земли подвержены природным неблагоприятным явлениям. Таким образом, оползне-опасные районы занимают до половины площади земного шара. Также одним из основных природных катаклизмов является наводнение. Практически ежегодно в современном мире происходят крупные наводнения, приводящие к гибели людей и тяжелым экономическим нестабильностям в районах эпицентра событий.
К природным опасностям, происходящим во всем мире, относятся: шквалы, ураганы, тайфуны, градобития, смерчи, катастрофические ливни, грозы, метели, снегопады. Довольно опасны и засухи, сопровождающиеся крупномасштабными природными пожарами (лесными, степными, торфяными).
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ. В течение последних десятилетий проблема прогнозирования природных катастроф занимала и занимает лидирующие места в области приоритетных для решения задач современности. На сегодняшний день существует множество диссертаций, книг, учебных изданий, монографий, статей и не только, посвященных решению отдельных задач, основным предназначением которых является прогнозирование природных катастроф.
Достижение эффективного результата требует разработки и реализации комплекса конкретных мер, направленных на прогнозирование и мониторинг негативных природных явлений, а также снижению опасности для населения на всех уровнях государственной власти, начиная от федерального, ведомственного, заканчивая региональным и местным.
Именно в диссертации «Шапошников С.В.: Управление системой мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера: диссертация кандидата технических наук. ВАК РФ 05.13.10. 2003.» более подробно изучается вопрос, связанный с анализом и решением задач системы мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера [1].
Автор диссертации выражает актуальность изучаемой темы в том, что мировой опыт наглядно показывает: наиболее эффективным способом снижения потерь от природных, техногенных и вообще социально-экономических аварий и катастроф является их предотвращение. Основной основой предупреждения чрезвычайных ситуаций является мониторинг и прогнозирование. Безусловно, прогнозирование чрезвычайных ситуаций и их социально-экономических последствий базируется на мониторинге и прогнозировании источников возникновения чрезвычайных ситуаций.
Основной целью диссертации является совершенствование научно-методического обеспечения управления мониторингом и прогнозированием чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, направленное на повышение эффективности деятельности органов управления МЧС, а также создание автоматизированной системы мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций.
Целью данной научно-исследовательской работы является создание системы мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.
Предметом исследования является методическое и техническое обеспечение системы мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.
Научная задача, решенная в диссертации, заключается в создании автоматизированной системы мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, а также совершенствовании управления этой системой, разработке математических моделей для выявления и оценки чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, методов комплексного геокосмического экологического прогнозирования и способов использования геоинформационных технологий.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в том, что впервые применительно к современным требованиям к управлению российской системой специального научно-методического обеспечения была разработана система мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, а также создана автоматизированная система мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций при Главном управлении по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий.
Следующей диссертацией, также посвященной теме прогнозирования катастроф, является «Колесенков А.Н.: Система информационной поддержки процедур принятия управленческих решений по предупреждению чрезвычайных ситуаций: диссертация кандидата технических наук. ВАК РФ 05.13.10. 2012.». В отличие от первой диссертации, автором Колесенковым А.Н. решается задача модернизации уже существующей системы прогнозирования природных катастроф [2].
Актуальность работы автора подчеркивается тем, что на территории земного шара расположено множество производственных объектов повышенного риска, которые могут представлять угрозу жизни и здоровью людей в случае возникновения на них чрезвычайных ситуаций

. Именно поэтому требуется создание эффективной системы, способной вовремя и бесперебойно производить прогнозирование природных катастроф.
Целью работы является снижение риска воздействия на потенциально опасные объекты техногенных и природных факторов с использованием системы мониторинга, позволяющей осуществлять информационную поддержку разработки и реализации мероприятий по своевременному прогнозированию, выявлению и предупреждению угроз и кризисных ситуаций в отношении потенциально опасных объектов.
Автор подчеркивает, что под мониторингом понимается система непрерывного мониторинга явлений и процессов, происходящих в природе и техносфере, предназначенная с целью предвидения потенциальных угроз для людей и их окружающей среды. Ключевой задачей мониторинга рисков и процессов в природе является повышение точности и достоверности прогнозирования чрезвычайных ситуаций посредством объединения интеллектуальных, информационных и технологических возможностей различных ведомств и организаций, участвующих в мониторинге отдельных видов рисков. Получаемые данные о природных процессах и явлениях при мониторинге служат в разрабатываемой системе основой для прогнозирования.
Научная новизна работы заключается в создании технологии, сочетающей многовременные изображения для оперативного мониторинга потенциально опасных объектов, использование трехмерных средств отображения потенциально опасных объектов и разработку на этой основе геоинформационной системы мониторинга и предупреждения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.
Научно-практическая ценность полученных результатов диссертационного исследования заключается в том, что на основе созданной автоматизированной системы мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера можно повысить эффективность оценки и прогноза кризисных и чрезвычайных ситуаций, а также снизить людские и материальные потери.
В работе «Саблина В.А., Колесенков А.Н., Костров Б.В. Применение вещественно-диадной свертки для идентификации аэрокосмических изображений// В мире научных открытий. - Красноярск: Научно-инновационный центр, 2011.» более подробно описываются методы прогнозирования природных катаклизмов, основанные на применении аэрокосмического фотографирования [3].
В работе рассматривается проблема сокращения объема вычислений в корреляционно-экстремальных алгоритмах идентификации изображений при сохранении их надежности. Предложены методы, основанные на высокочастотной фильтрации и разбавлении основных функций. Приведены результаты экспериментальных исследований.
Авторами отмечается тот факт, что модернизация космических средств, направленных с целью мониторинга Земли совместно с использованием информационных технологий способно предоставить принципиально новую возможность решения крайне сложной проблемы прогнозирования и предупреждения стихийных природных явлений и техногенных катастроф.
Более детально изучается вопрос прогнозирования природных катастроф в работе «Бондур В. Г. Мониторинг и прогнозирование природных катастроф / В. Г. Бондур, В. Ф. Крапивин, В. П. Савиных. - Москва: Науч. мир, 2009.». В данной книге рассматриваются проблемы мониторинга и прогнозирования стихийных бедствий. При анализе возникновения конкретных природных катастроф, процессов взаимодействия природы и общества, рассматриваются интерактивные природные и антропогенные механизмы, поиск стратегии управления, которая является одним из способов преодоления возможных кризисных ситуаций в окружающей среде [4].
Для решения этих задач авторами предлагается трехуровневая процедура принятия решений о появлении признаков стихийного бедствия на основе расчета соответствующих показателей и математической модели процессов, происходящих в окружающей среде. Особое внимание уделяется синтезу систем экологического мониторинга, которые собирают, хранят и обрабатывают необходимую информацию, генерируемую источниками космического пространства, воздуха и земли (воды). Разрабатывается новая концепция создания информационных систем мониторинга, базирующаяся на алгоритмах и методах экоинформатики и заключающаяся в общем использовании информационных технологий и моделей для развития экологических подсистем.
Основной целью предлагаемого подхода является объединение методов математического моделирования и мониторинга атмосферного воздуха с интеграцией знаний из множества наук, которые тем или иным образом управляют функционированием системы природы и общества в создаваемой системе.
В целом данная книга продолжает развитие подходов к изучению динамики глобальной системы природа-общество, уделяя особое внимание проблемам оценки, обнаружения, предупреждения и прогнозирования стихийных бедствий, как природного происхождения, так и инициированных антропогенными процессами. Книга предназначена для специалистов в области аэрокосмических исследований Земли, экологического мониторинга, исследований изменения климата, исследований взаимосвязи человеческого общества и природы, геополитики, а также методологии междисциплинарных исследований.
Статья «Плотников Д.С., Сафонова Н.Л. Прогнозирование и предупреждение стихийных природных явлений и техногенных катастроф с помощью систем космического мониторинга // Проблемы обеспечения безопасности при ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций. 2015.» посвящена основным вопросам прогнозирования природных катастроф, основанных на использовании систем космического мониторинга [5].
Актуальность применения аэрокосмической техники обусловлена высокой эффективностью и мобильностью при произведении снимков, а также их текущем анализе и прогнозировании потенциальных опасностей в будущем. Авторы заявляют, что основными задачами работы аэрокосмических систем являются повседневный глобальный мониторинг территории страны с высокой частотой и низким разрешением, а также выполнение экстренной оптической и всепогодной радарной съемки заданного района с космических аппаратов среднего, высокого и сверхвысокого разрешения для прогнозирования и ликвидации последствий ЧС. Основным преимуществом аэрокосмических систем, как отмечают авторы работы, является возможность работы в режиме реального времени со спутниковыми изображениями как источником объективных и актуальных данных.
В заключение приводится факт того, что в текущем десятилетии оперативный космический мониторинг чрезвычайных ситуаций смог сформироваться в качестве самостоятельного направления космической геоинформатики и продолжает интенсивно развиваться, чему способствует прогресс в космических и информационных технологиях.
Одной из работ, описывающих математическое моделирование в прогнозировании природных катастроф является «Стреблянская Н.В.: Математическое моделирование природных чрезвычайных ситуаций с наблюдаемыми параметрами на основе нестационарных персистентных временных рядов: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук