Метод численного решения систем уравнений (TDMA).

Метод прогонки используется для решения систем линейных уравнений вида Ax=F, где A — трёхдиагональная матрица. Представляет собой вариант метода последовательного исключения неизвестных.

21. Алгоритм решения задач методом математического моделирования

22. Математические модели природных явление

23. Применение ИТ при решении многоплановых задач по защите населения в ЧС.

Современное состояние природной, техногенной и социальной среды характеризуется рядом особенностей:

l возрастание количества, разнообразия, масштабов чрезвычайных ситуаций (ЧС) и тяжести их последствий;

l необходимость реальной привязки к местности при принятии решения;

l значительно возросшие объемы перерабатываемой информации;

l дефицит времени на принятие решения.

Учет и анализ этих факторов при решении многоплановых задач по защите населения от ЧС требует применения современных ИТ.

Прикладные программы, разработанные для различных операционных систем, позволяют

¢ прогнозировать обстановку в ЧС,

¢  рассчитывать конструкции,

¢  планировать применение сил и средств,

¢ формировать оперативные документы, систематизировать разнообразную информацию.

24. Модели и компьютерные программы в области прогноза ЧС и защиты населения.

Используемые модели и компьютерные программы в области прогноза ЧС защиты населения, условно можно разделить на

Расчетные,

l заблаговременный, с использованием известных координат и интенсивности поражающего фактора;

l заблаговременный, с использованием вероятностных моделей (особенно – для периодически повторяющихся природных ЧС, по которым имеются данные многолетних наблюдений);

l оперативный (по факту ЧС).

Информационные.

В отличие от расчетных задач, использующихся для получения числовых показателей, информационные задачи предназначены для выполнения различных операций с накопленными данными. Программы, реализующие такие задачи, являются автоматизированными информационно-справочными системами (АИСС), позволяющими собирать, накапливать, оптимально хранить и удобно использовать разнообразную информацию по тематике РСЧС – тексты, числовые данные, графику, звуки, видеосюжеты.

Эти программные продукты использует, как правило, технологии СУБД.

l ввод и редактирование записей;

l сортировку данных по различным критериям;

l выборку данных с использованием фильтров;

l совместный доступ к данным нескольких пользователей;

l удаленное управление базами данных;

l организация математических и логических операций с данными;

l формирование выходных форм и документов.

25. Применение расчетных задач для защиты населения.

Учет и анализ этих факторов при решении многоплановых задач по защите населения от ЧС требует применения современных ИТ. Прикладные программы, разработанные для различных операционных систем, позволяют

· прогнозировать обстановку в ЧС,

· рассчитывать конструкции,

· планировать применение сил и средств,

· формировать оперативные документы, систематизировать разнообразную информацию.

Используемые модели и компьютерные программы в области прогноза ЧС защиты населения, условно можно разделить на

1). расчетные,

2). информационные.

Планирование и организация мероприятий по защите населения невозможна без использования достоверного, полного и своевременно представленного массива показателей обстановки, а также рассчитанного на его основе состава сил и средств для ликвидации ЧС.

Виды расчетов:

1. заблаговременный, с использованием известных координат и интенсивности поражающего фактора;

2. заблаговременный, с использованием вероятностных моделей (особенно – для периодически повторяющихся природных ЧС, по которым имеются данные многолетних наблюдений);

3. оперативный (по факту ЧС).

26. Пакет программ “Прогноз” (для прогнозирования обстановки в ЧС мирного и военного времени).

Пакет программ “Прогноз” (для прогнозирования обстановки в ЧС мирного и военного времени), который включает:

· комплекс программ военного времени;

· комплекс программ по прогнозированию последствий техногенных аварий;

· комплекс программ по прогнозированию последствий стихийных бедствий.

Дополнительные элементы к расчетному модулю (графические элементы):

· план объекта экономики,

· топографическая электронная карта,

· схемы зданий, сооружений, технологического оборудования,

· прочая информация.

Исходные данные (долговременно хранимые и текущие) включают информацию:

· по характеру и параметрам объекта воздействия;

· по характеристикам ЧС;

· по нормативам выполнения работ;

· по структуре сил и средств.

27. Структура типовой программы, позволяющей производить расчеты по защите населения.

Планирование и организация мероприятий по защите населения невозможна без использования достоверного, полного и своевременно представленного массива показателей обстановки, а также рассчитанного на его основе состава сил и средств для ликвидации ЧС.

Для этих целей разработан и активно совершенствуется в настоящее время пакет программ “Прогноз” (для прогнозирования обстановки в ЧС мирного и военного времени), который включает:

‒  комплекс программ военного времени;

‒  комплекс программ по прогнозированию последствий техногенных аварий;

‒  комплекс программ по прогнозированию последствий стихийных бедствий.

Эти программные продукты уже нашли применение во всех звеньях РСЧС от объекта экономики до региона.

Структура типовой программы из этого пакета, позволяющей производить расчеты по защите населения, представлена на рис. 1.

Рис.1. Структура программы.

Ядром программы является расчетный модуль. Наиболее распространенными видами расчетов являются:

‒  заблаговременный, с использованием известных координат и интенсивности поражающего фактора;

‒  заблаговременный, с использованием вероятностных моделей (особенно – для периодически повторяющихся природных ЧС, по которым имеются данные многолетних наблюдений);

‒  оперативный (по факту ЧС).

На вход расчетного модуля подключаются исходные данные, а на выходе формируются результаты расчета. В качестве дополнительного элемента к расчетному модулю могут быть подключены графические элементы: план объекта экономики, топографическая электронная карта, схемы зданий, сооружений, технологического оборудования и прочая информация. Графическая информация может быть использована как в виде исходных данных, так и в качестве результатов расчета.

Исходные данные (долговременно хранимые и текущие) включают информацию:

‒  по характеру и параметрам объекта воздействия;

‒  по характеристикам ЧС;

‒  по нормативам выполнения работ;

‒  по структуре сил и средств.

Долговременно хранимая информация – это сведения, редко изменяющиеся в течение длительного времени: справочные материалы, статистические данные, вероятностные модели, данные о застройке, количестве, размещении людей и степени их защиты, нормативы выполнения работ, структура сил спасения, характеристики спасательных средств и многое другое.

Подготовка этих данных требует значительных трудозатрат ввиду их большого объема, привязки к местным условиям и необходимости ясного понимания всех аспектов предметной области и особенностей совместимости форматов используемых данных с требованиями программного продукта. Этот блок информации формируется программистами и специалистами РСЧС, хранится чаще всего в реляционных базах данных и может быть подключен полностью или частично к расчетному модулю при каждом запуске программы.

Текущая информация включает в себя минимально необходимые данные, поступающие на вход расчетного модуля при каждом запуске программы: метеоусловия, координаты эпицентра опасности и интенсивность поражающего фактора, время года и суток и другие сведения, зависящие от особенностей обстановки в каждом конкретном случае. Сведения этого рода могут быть введены как с использованием стандартных средств интерактивного ввода: клавиатуры и мыши, так и в виде результатов расчетов предыдущей программы в случае использования рассматриваемой программы в качестве промежуточного звена. Ввод этой информации не требует специальных знаний и может быть оперативно осуществлен пользователем начального уровня.

Выходная информация, поступающая из расчетного модуля в виде цифровых данных, может быть, затем представлена в табличной или графической форме. К ней относятся: показатели возможной обстановки, требуемые объемы работ для ликвидации последствий аварий и катастроф, предложения по составу, численности и оснащению сил и др.

Блок выходной информации может быть дополнен модулями, формирующими (на основании полученных числовых данных) варианты донесений, распоряжений, приказов и других документов, а также комплексные проекты решений, которые затем (при необходимости) корректируются, распечатываются или сохраняются на магнитных носителях.

28. Программы для прогнозирования масштабов зон заражения при авариях на химически опасных объектах.

В качестве примера рассмотрим программу “АХОВ”, разработанную в Военно-инженерном университете МО РФ.

Программа предназначена для прогнозирования масштабов зон заражения при авариях на химически опасных объектах, на технологических емкостях и хранилищах, при транспортировке опасных жидкостей и газов железнодорожным, трубопроводным и другими видами транспорта, а также для расчета потерь людей и планирования мероприятий по защите населения.

При разработке данного программного продукта использовалась “Методика прогнозирования масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами при авариях (разрушениях) на химически опасных объектах и транспорте (РД 52.04.253-90)”.

Программа позволяет определить:

‒  глубину зон заражения первичным, вторичным облаком аварийно химически опасных веществ (АХОВ), расчетную глубину зоны заражения и ее площадь для 35 стандартных типов АХОВ, а также для любого другого химически опасного вещества;

‒  время испарения АХОВ;

‒  потери рабочих, служащих и населения;

‒  виды и объемы мероприятий по защите рабочих, служащих и населения;

‒  количество сил и средств для выполнения этих мероприятий.

Программа дает возможность получать графическое отображение на экране монитора облака АХОВ и его распространение во времени, является 32-х разрядным Windows-приложением, имеет интуитивно понятный интерфейс и обеспечивает использование возможностей и ресурсов данной операционной системы.

Работа с программой предполагает три последовательных этапа действий:

1. прогнозирование обстановки;

2. расчет потерь;

3. расчет мероприятий по защите населения.

Каждый последующий этап не может быть выполнен без выполнения предыдущего. На рис. 2 показано окно программы для ввода текущих исходных данных, необходимых для прогноза обстановки.

Рис. 2.Формуляр-запрос программы “АХОВ”

При этом обеспечено удобство работы пользователя с помощью: раскрывающихся списков, переключателей, ползунковых регуляторов, командных кнопок. Некоторые рутинные операции, необходимые для подготовки исходных данных полностью автоматизированы. Степень вертикальной устойчивости атмосферы, например, определяется автоматическипо следующим известным данным: дате, времени аварии, состоянии облачности и снежного покрова.

По результатам прогнозирования обстановки проводится расчет потерь среди населения города и загородной зоны. Для этого необходимо ввести дополнительные данные по плотности населения и его обеспеченности средствами защиты, а также в произвольной системе координат разместить рассматриваемый аварийный объект (емкость) на плане города. Программа произведет требуемые расчеты с учетом структуры санитарных потерь. После ввода дополнительных исходных данных и выполнения расчетов на экране монитора отображается оперативная информация об остановке в виде графического изображения зараженных площадей. Время расчета составляет в зависимости от класса компьютера от нескольких секунд до десятков минут.

Следующим этапом работы с программой является выявление состава и объемов мероприятий, сил и средств, предназначенных для защиты населения и ликвидации последствий аварии. Не останавливаясь на их подробном перечне, отметим лишь некоторые особенности, позволяющие повысить удобство и оперативность. Программа, например, учитывает тип аварийного вещества и предлагает именно те марки средств защиты органов дыхания, которые необходимы в рассматриваемом случае.

Программа позволяет методом “машинного эксперимента” выявлять показатели объекта, изменение которых может снизить вредное воздействие от аварии и уменьшить риск возникновения новых аварий. Путем перебора различных сочетаний технических решений и организационно-технических мероприятий находят приемлемое (рациональное или оптимальное) решение.

Рассмотренная программа может быть использована в звене от объекта экономики до главного управления по делам ГОЧС области. Программные продукты этого типа разработаны и успешно применяются для автоматизации реагирования на большинство ЧС мирного и военного времени.

29. Информационные модели в области прогноза ЧС и защиты населения.

В отличие от расчетных задач, использующихся для получения числовых показателей, информационные задачи предназначены для выполнения различных операций с накопленными данными.

Программы, реализующие такие задачи, являются автоматизированными информационно-справочными системами (АИСС), позволяющими собирать, накапливать, оптимально хранить и удобно использовать разнообразную информацию по тематике РСЧС – тексты, числовые данные, графику, звуки, видеосюжеты.

Эти программные продукты использует, как правило, технологии систем управления базами данных (СУБД).

Базы данных для специалистов ЧС и ГО разрабатываются с использованием различных СУБД: dBase, FoxPro, Clarion, Access, Oracle и многих других.

Выбор конкретной платформы зависит от особенностей поставленных задач.

Все они обеспечивают следующие основные операции с данными:

1. ввод и редактирование записей;

2. сортировку данных по различным критериям;

3. выборку данных с использованием фильтров;

4. совместный доступ к данным нескольких пользователей;

5. удаленное управление базами данных;

6. организация математических и логических операций с данными;

7. формирование выходных форм и документов.

Примеры информационных моделей:

1. Автоматизированная информационно-справочная система “Средства спасения”. Этот программный продукт представляет собой базу данных, включающую разнообразную информацию о приборах, инструментах, технике, оборудовании и материалах, применяемых при подготовке и организации мероприятий по защите населения. Кроме этого особенностью информационно-справочной автоматизированной системы является возможность создания запросов, позволяющих производить выборки данных, сгруппированных по различным признакам.

2. Автоматизированная информационная справочная система “Документ”. Данные из базы АИСС, содержат исчерпывающую информацию более чем о пятистах нормативно-правовых, информационно-справочных и учебно-методических документах. Документы, регламентирующие деятельность РСЧС и ГО. Анализ предметной области, охватывающей сведения, содержащиеся в руководящих, справочных и других документах, позволил выявить, систематизировать и классифицировать основные структурные элементы и особенности информации этого рода. АИС предназначена для повышения эффективности работы с различными

источниками данных, которые используются специалистами РСЧС для решения всевозможных задач.

3. Автоматизированная информационная справочная система “Термин”. Автоматизированная информационная справочная система “Термин” представляет собой электронный понятийно-терминологический словарь РСЧС, необходимость разработки которого была обусловлена потребностью однозначного понимания разнообразных терминов и понятий, связанных с защитой населения от ЧС.

30. Геоинформационные технологии.

Геоинформационные технологии можно определить как совокупность программно-технологических средств получения новых видов информации об окружающем мире. Геоинформационные технологии предназначены для повышения эффективности: процессов управления, хранения и представления информации, обработки и поддержки принятия решений. ГИС имеет ряд особенностей, которые необходимо учитывать при изучении этих систем. Одна из особенностей ГИС и геоинформационных технологий состоит в том, что они являются элементами информатизации общества. Это заключается во внедрении ГИС и геоинформационных технологий в науку, производство, образование и применение в практической деятельности получаемой информации об окружающей реальности. Геоинформационные технологии являются новыми информационными технологиями, направленными на достижение различных целей, включая информатизацию производственно-управленческих процессов.

Еще одной особенностью ГИС является то, что она является интегрированной информационной системой. Интегрированные системы построены на принципах интеграции технологий различных систем. Они зачастую применяются настолько в разных областях, что их название часто не определяет все их возможности и функции.

1. прикладная кибернетика, информатика, математическое моделирование местности, компьютерная имитация сложных природных и техногенных процессов;

2. машинная графика, цифровая картография, системы управления базами данных и знаний;

3. дистанционное зондирование

ГИС решает следующие задачи:

1. сбор, первичную обработку и структуризацию картографической и специальной информации;

2. формирование запросов и поиск необходимых данных;

3. создание моделей и их реализация на выбранных множествах данных;

4. построение тематических и специальных карт, отображающих результаты моделирования;

5. отображение, документирование и использование полученных результатов;

6. хранение, обновление, защиту и архивирование данных.

Основные функциональные задачи ГИС мониторинга ЧС:

1. прием и обработка данных по ЧС, поступающих из региональных центров;

2. накопление архивных данных по ЧС;

3. отражение полученных данных в виде картографических покрытий для анализа оперативной информации;

4. подготовка данных анализа в проект управленческих решений.