Система диагностики, удаленного мониторинга и оценки состояния критически важных объектов
Полезная модель относится к дистанционным измерительным системам, предназначенным для контроля и диагностики технического состояния элементов строений и сооружений критически важных объектов.
Технический достижимый результат - получение объективной оценки о состоянии критически важных объектов в чрезвычайных ситуациях.
Это достигается тем, что в системе диагностики и удаленного мониторинга состояния критически важных объектов, включающей объект, размещенный в контролируемой зоне, и систему мониторинга, система мониторинга выполнена в виде блока управления операциями диагностики и удаленного мониторинга, который управляет промежуточным концентратором информации, выполненным в виде беспилотного летательного аппарата, например большегрузного квадрокоптера с возможностью длительной работы, дозаправки других беспилотных летательных аппаратов, а также сопровождения легкого беспилотного летательного аппарата, оснащенного аппаратурой с системой диагностирования критически важных объектов, причем все элементы системы связаны между собой прямой и обратной связью по обмену управляющей и диагностической информации, например телеметрической, лазерной, или радиосвязью, а для повышения надежности работы системы предусмотрен блок дублирования концентратора информации, выполненный в наземном исполнении и оснащенный приемо-передаточной аппаратурой для взаимодействия, записи и обмена информации с беспилотными летательными аппаратами.
Полезная модель относится к дистанционным измерительным системам, предназначенным для контроля и диагностики технического состояния элементов строений и сооружений критически важных объектов.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту по технической сущности и достигаемому результату является система диагностики и удаленного мониторинга железнодорожного пути по патенту РФ 
104904 (прототип), включающая размещенные вдоль контролируемого участка железнодорожного пути датчики параметров технического состояния элементов рельсовой линии и верхнего строения железнодорожного пути, отличающаяся тем, что вдоль контролируемого участка железнодорожного пути между узловыми станциями размещен, по крайней мере, один волоконно-оптический кабель, включающий в себя датчики температуры, давления и деформации, выполненные на основе волоконно-оптических брэгговских решеток, а также средство передачи данных от датчиков к размещаемым на узловых станциях промежуточным концентраторам информации, которые соединены посредством проводной и/или беспроводной связи с единым концентратором информации о состоянии элементов контролируемого участка железнодорожного пути и о положении подвижных единиц на участке железнодорожного пути.
Недостатком известной системы является то, что она не позволяет контролировать техническое состояние критически важных объектов в чрезвычайных ситуациях.
Задачей предлагаемой полезной модели является создание надежной системы контроля и диагностики технического состояния элементов критически важных объектов в чрезвычайных ситуациях.
Технический достижимый результат - получение объективной оценки о состоянии критически важных объектов в чрезвычайных ситуациях.
Это достигается тем, что в системе диагностики и удаленного мониторинга состояния критически важных объектов, включающей объект, размещенный в контролируемой зоне, и систему мониторинга, система мониторинга выполнена в виде блока управления операциями диагностики и удаленного мониторинга, который управляет промежуточным концентратором информации, выполненным в виде беспилотного летательного аппарата, например большегрузного квадрокоптера с возможностью длительной работы, дозаправки других беспилотных летательных аппаратов, а также сопровождения легкого беспилотного летательного аппарата, оснащенного аппаратурой с системой диагностирования критически важных объектов, причем все элементы системы связаны между собой прямой и обратной связью по обмену управляющей и диагностической информации, например телеметрической, лазерной, или радиосвязью, а для повышения надежности работы системы предусмотрен блок дублирования концентратора информации, выполненный в наземном исполнении и оснащенный приемо-передаточной аппаратурой для взаимодействия, записи и обмена информации с беспилотными летательными аппаратами.
На фиг.1 представлена схема системы диагностики и удаленного мониторинга состояния критически важных объектов (КВО), на фиг.2 - шкала оценки защищенности КВО.
Система диагностики, удаленного мониторинга и оценки состояния критически важных объектов включает в себя объект 1, размещенный в контролируемой зоне, и систему мониторинга исследуемого объекта, находящегося в зоне повышенного риска, например риска к разрушению вследствии возникновения сейсмически-опасной нагрузки, а также блок 2 управления операциями диагностики и удаленного мониторинга. Блок 2 управляет промежуточным концентратором информации 4, выполненным в виде беспилотного летательного аппарата (БПЛА), например большегрузного квадрокоптера с возможностью длительной работы, дозаправки других БПЛА и сопровождения легкого беспилотного летательного аппарата 3, оснащенного аппаратурой с системой диагностирования критически важных объектов 1.
Варианты выполнения квадрокоптера и БПЛА представлены на сайтах: ; ; 116560/; ; БПЛА на метаноле с примесью нитрометана.
Для повышения надежности работы системы предусмотрен блок дублирования 5 концентратора информации, выполненный в наземном исполнении и оснащенный приемо-передаточной аппаратурой для взаимодействия, записи и обмена информации с БПЛА 3. Все элементы системы связаны между собой прямой и обратной связью 6 по обмену управляющей и диагностической информации, например телеметрической, лазерной, или радиосвязью.
Система диагностики, удаленного мониторинга и оценки состояния критически важных объектов работает следующим образом.
При исследовании объекта 1, находящегося в зоне повышенного риска, с блока 2 управления операциями диагностики и удаленного мониторинга запускают промежуточный концентратор информации 4, выполненный в виде большегрузного беспилотного летательного аппарата (БПЛА), а также легкий беспилотный летательный аппарат 3, оснащенный аппаратурой с системой диагностирования критически важных объектов 1. Все элементы системы связаны между собой прямой и обратной связью 6 по обмену управляющей и диагностической информации, например телеметрической, лазерной, или радиосвязью.
Для повышения надежности работы системы предусмотрен блок дублирования 5 концентратора информации, выполненный в наземном исполнении.
Для оценки состояния защищенности КВО в методике принята оценочная шкала, с помощью которой можно оценить уровень защищенности объекта по полученному результату расчета. По шкале защищенности объекта максимально возможная степень защищенности равна 10 и достигается при полной реализации рационально спланированных мероприятий. Для градуировки шкалы принят коэффициент шкалирования.
Для того чтобы объект мог своевременно реагировать своими ресурсами на угрозы и проявления ЧС и террористических актов, необходимо проведение целого комплекса соответствующих мероприятий, направленных на повышение защищенности этого объекта.
Оценка состояния защищенности КВО проводится методом внутригруппового ранжирования, частным случаем которого является метод анализа иерархий. При использовании данного метода формируется матрица мероприятий защищенности объекта. Показатели этой матрицы формируются по данным опроса должностных лиц и специалистов гражданской обороны и РСЧС оцениваемого объекта. В матрице показатели реализации мероприятий повышения защищенности оцениваются значениями (от 0 до 1).
Для определения весов показателей мероприятий защищенности по результатам парных сравнений формируется положительная обратно симметричная матрица:
Для данной матрицы находится главный собственный вектор (ГСВ), элементы которого и являются значениями весов показателей мероприятий защищенности.
Указанные векторы являются исходной информацией при определении такого показателя КВО, как величина вектора в пространстве рассматриваемых показателей защищенности объекта. Для определения данной величины используется Евклидова метрика:
,
где N - величина вектора, оценивающего защищенность КВО;
к=41,7 - коэффициент шкалирования.
Сравнивая обобщенный показатель вектора N по шкале оценки защищенности КВО, можно дать, в первом приближении, оценку защищенности рассматриваемого КВО или провести сравнение нескольких КВО внутри каждого вида, сравнив показатели векторов.
Пример расчета по оценке защищенности объекта
На основе данных должностных лиц и специалистов гражданской обороны и РСЧС рассматриваемого объекта составляется матрица показателей реализации мероприятий повышения защищенности (от 0 до 1).
Далее внутри каждой группы мероприятий проводится дополнительное нормирование показателей для лучшей согласованности (табл.1).
| Таблица 1 | |||
| Нормированные показатели реализации мероприятий повышения защищенности | |||
| п/п | Наименование мероприятий повышения защищенности | Уровень реализации | Нормированные показатели,  |
| Инженерно-технические, MI | |||
 | Строительство защитных и инженерно-технических сооружений, м1 | 0,8 | 1 |
| Обновление и модернизация систем аварийной защиты производства, м2 | 0,6 | 0,75 |
| Организация и сооружение объездных путей, м3 | 0,3 | 0,375 |
| Перевод производства на более безопасное сырье, м4 | 0,4 | 0,5 |
| Подготовка резервных систем энергоснабжения, в т.ч. автономных, м5 | 0,5 | 0,625 |
| Другие инженерно-технические мероприятия повышения защищенности критически важного объекта, м6 | 0,2 | 0,25 |
| Мероприятия по совершенствованию физической защищенности (охраны), MII | |||
| Совершенствование физических барьеров и препятствий, систем контроля и управления доступом, м7 | 0,5 | 0,83 |
| Совершенствование систем обнаружения проникновения нарушителей, м8 | 0,6 | 1 |
| Совершенствование систем телевизионного наблюдения, технических средств предупреждения и воздействия, м9 | 0,3 | 0,5 |
| Финансовое и материально-техническое обеспечение защищенности, MIII | |||
| Создание финансовых и материально-технических резервов, м10 | 0,6 | 0,75 |
| Создание топливно-энергетических запасов, продовольствия и других материально-технических средств, м11 | 0,8 | 1 |
| Приобретение специального аварийно-спасательного, пожарно-технического и др. оборудования, снаряжения и др., М 12 | 0,5 | 0,625 |
| п/п | Наименование мероприятий повышения защищенности | Уровень реализации | Нормированные показатели, | |
| Приобретение техники, оборудования и имущества для обеспечения длительной автономной работы, м 13 | 0,5 | 0,625 | |
| Совершенствование системы информатизации и управления, MIV | ||||
| Подготовка локальной системы оповещения, м14 | 0,5 | 0,83 | |
| Приобретение оборудования и средств связи, м15 | 0,4 | 0,6 | |
| Заблаговременное создание запасных (мобильных) пунктов управления, м16 | 0,4 | 0,6 | |
| Создание локальной системы мониторинга, м17 | 0,6 | 1 | |
| Совершенствование системы подготовки в области повышения защищенности, MV | ||||
| Подготовка персонала в области защиты от ЧС, м18 | 0,5 | 0,714 | |
| Подготовка аппарата управления к действиям при угрозе ЧС и террористических актов, м19 | 0,4 | 0,57 | |
| Повышение готовности сил охраны, м20 | 0,7 | 1 | |
| Повышение готовности пожарно-спасательных формирований, м21 | 0,5 | 0,714 | |
| Другие мероприятия по повышению защищенности (в которые входят мероприятия, не вошедшие ни в одну из предыдущих групп, но вносящие существенный вклад в повышение защищенности КВО) MVI | ||||
| Модернизация и обновление основных производственных фондов, м22 | 0,7 | 1 | |
| Выполнение планово-предупредительных ремонтов, м23 | 0,4 | 0,57 | |
| Обеспечение персонала средствами индивидуальной защиты, м24 | 0,5 | 0,714 | |
На основании данных экспертного опроса определяются веса показателей групп мероприятий и самих мероприятий повышения защищенности, которые являются элементами диагональных матриц.
Матрица показателей групп мероприятий повышения защищенности:
| Мероприятия | M I | MII | MIII | MIV | MV | MVI |
| MI | 1 | 5 | 3 | 1 | 3 | 5 |
| MII | 0,2 | 1 | 2 | 0,5 | 1 | 2 |
| MIII | 0,333 | 0,5 | 1 | 2 | 1 | 2 |
| MIV | 1 | 2 | 0,5 | 1 | 3 | 2 |
| MV | 0,333 | 1 | 1 | 0,333 | 1 | 2 |
| MVI | 0,2 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 1 |
Находится главный собственный вектор (ГСВ):
Элементы вектора являются значениями весов показателей мероприятий повышения защищенности:
WI=0,3591, WII=0,125, WIII=0,1361, WIV=0,1963, WV=0,1133, WVI=0,0702. Далее определяем веса каждого элемента мероприятий. Для этого формируем внутри-групповые матрицы.
Матрицы группы 1
Матрица показателей инженерно-технических мероприятий:
| Мероприятия | M 1 | M2 | M3 | М4 | M5 | M6 |
| M1 | 1 | 5 | 3 | 2 | 3 | 2 |
| M2 | 0,2 | 1 | 7 | 5 | 2 | 2 |
| M3 | 0,333 | 0,1429 | 1 | 5 | 3 | 3 |
| M4 | 0,5 | 0,2 | 0,2 | 1 | 1 | 2 |
| М5 | 0,333 | 0,5 | 0,333 | 1 | 1 | 3 |
| M6 | 0,5 | 0,5 | 0,333 | 0,2 | 0,333 | 1 |
Находим главный собственный вектор мероприятий I группы и обобщаем веса этих мероприятий, умножая их на собственный вес группы:
| Веса мероприятий | Вес группы | Обобщенные веса мероприятий |
| w1=0,336 | | n1=0,1206 |
| w2=0,2464 | n2=0,0885 | |
| w3 =0,1606 | WI=0,3591 | n3=0,0577 |
| w4 =0,0827 | | n4=0,0297 |
| w5=0,1049 | n5=0,0377 | |
| w6 =0,0693 | n6=0,0249 |
Аналогично находим главный собственный вектор матриц мероприятий повышения защищенности КВО из II, III, IV, V, VI групп, после чего производим обобщение весов каждого мероприятия.
Матрица показателей мероприятий по совершенствованию физической защищенности (охраны):
| Мероприятия | M7 | M8 | M9 |
| M7 | 1 | 2 | 2 |
| M8 | 0,5 | 1 | 1 |
| M9 | 0,5 | 1 | 1 |
Главный собственный вектор матрицы мероприятий II группы и обобщенные веса этих мероприятий:
| Веса мероприятий | Вес группы | Обобщенный вес мероприятий |
| w7=0,5 | | n7=0,0625 |
| w8=0,25 | WII=0,125 | n8=0,0312 |
| w9=0,25 | | n9=0,0312 |
Матрица мероприятий финансового и материально-технического обеспечения:
| Мероприятия | M 10 | M11 | M12 | M13 |
| M10 | 1 | 2 | 2 | 2 |
| M11 | 0,5 | 1 | 3 | 3 |
| M12 | 0,5 | 0,333 | 1 | 2 |
| M13 | 0,5 | 0,333 | 0,5 | 1 |
Главный собственный вектор матрицы мероприятий III группы и обобщенные веса этих мероприятий:
| Веса мероприятий | Вес группы | Обобщенные веса мероприятий |
| W10=0,3792 | | n10=0,0516 |
| W11=0,3284 | n11=0,0447 | |
| W12 =0,1713 | WIII=0,1361 | n12=0,0233 |
| W13=0,1211 | n13=0,0165 |
Матрица мероприятий совершенствования системы информатизации и управления:
| Мероприятия | M 14 | M15 | M16 | M17 |
| M14 | 1 | 3 | 1 | 5 |
| M15 | 0,333 | 1 | 2 | 3 |
| M16 | 1 | 1 | 1 | 2 |
| M17 | 0,2 | 0,333 | 0,5 | 1 |
Главный собственный вектор матрицы мероприятий IV группы и обобщенные веса этих мероприятий:
| Веса мероприятий | Вес группы | Обобщенные веса мероприятий |
| w14=0,4293 | | n14=0,0843 |
| w15=0,2594 | n15=0,0509 | |
| w16 =0,2181 | WIV=0,1963 | n16=0,0428 |
| w17=0,0932 | n17=0,0183 |
Матрица совершенствования системы подготовки в области повышения защищенности:
| Мероприятия | М 18 | М19 | М20 | М21 |
| M18 | 1 | 0,333 | 0,5 | 0,5 |
| M 19 | 3 | 1 | 3 | 3 |
| M20 | 2 | 0,333 | 1 | 0,5 |
| M21 | 2 | 0,333 | 2 | 1 |
Главный собственный вектор матрицы мероприятий V группы и обобщенные веса этих мероприятий:
| Веса мероприятий | Вес группы | Обобщенные веса мероприятий |
| w18=0,1155 | | n18=0,0131 |
| w19=0,4902 | WV=0,1133 | n19=0,0555 |
| w20=0,1633 | | n20=0,0185 |
| w21=0,231 | n21=0,0262 |
Матрица других мероприятий по повышению защищенности КВО:
| Мероприятия | M22 | М23 | M24 |
| М22 | 1 | 0,5 | 0,5 |
| M23 | 2 | 1 | 2 |
| M24 | 2 | 0,5 | 1 |
Главный собственный вектор матрицы мероприятий VI группы и обобщенные веса этих мероприятий:
| Веса мероприятий | Вес группы | Обобщенные веса мероприятий |
| w22=0,1958 | | n22=0,0137 |
| w23=0,4934 | WVI=0,0702 | n23=0,0346 |
| w24=0,3108 | | n24=0,0218 |
Для определения величины вектора состояния защищенности составляется сводная таблица нормированных значений уровня реализации мероприятий повышения защищенности КВО и весовых показателей этих мероприятий (табл.2).
| Таблица 2 | ||||
| Сводная таблица нормированных значений уровня реализации мероприятий повышения защищенности КВО и весовых показателей этих мероприятий | ||||
| п/п | Нормированные показатели,  | Обобщенные веса мероприятий, ni |  |  |
| 1 | 0,1206 | 0,1206 | 0,0145 |
| 0,75 | 0,0885 | 0,0664 | 0,004 |
| 0,375 | 0,0577 | 0,0216 | 0,0005 |
| 0,5 | 0,0297 | 0,0148 | 0,0002 |
| 0,625 | 0,0377 | 0,0235 | 0,0006 |
| 0,25 | 0,0249 | 0,0062 | 0,00004 |
| 0,83 | 0,0625 | 0,0518 | 0,0027 |
| 1 | 0,0312 | 0,0312 | 0,001 |
| 0,5 | 0,0312 | 0,0156 | 0,0002 |
| 0,75 | 0,0516 | 0,0387 | 0,0015 |
| 1 | 0,0447 | 0,0447 | 0,002 |
| 0,625 | 0,0233 | 0,0145 | 0,0002 |
| 0,625 | 0,0165 | 0,0103 | 0,0001 |
| п/п | Нормированные показатели, | Обобщенные веса мероприятий, ni | | |
| 0,83 | 0,0843 | 0,0699 | 0,005 |
| 0,6 | 0,0509 | 0,0305 | 0,0009 |
| 0,6 | 0,0428 | 0,0256 | 0,0007 |
| 1 | 0,0183 | 0,0183 | 0,0003 |
| 0,714 | 0,0131 | 0,0131 | 0,0002 |
| 0,57 | 0,0555 | 0,0316 | 0,001 |
| 1 | 0,0185 | 0,0185 | 0,0003 |
| 0,714 | 0,0262 | 0,0187 | 0,0003 |
| 1 | 0,0137 | 0,0137 | 0,0002 |
| 0,57 | 0,0346 | 0,0197 | 0,0004 |
| 0,714 | 0,0218 | 0,0155 | 0,0002 |
| Сумма: | 0,03654 | |||
- показатель состояния защищенности рассчитываемого объекта
Указанные выше векторы мероприятий повышения защищенности КВО являются исходной информацией для определения величины вектора состояния защищенности рассматриваемого гипотетического объекта.
На основании сравнения полученного значения показателя состояния защищенности объекта со шкалой оценки защищенности КВО (см. рис.1.1) 8,34>8, делаем вывод, что рассчитываемый объект при данной реализации мероприятий повышения защищенности - защищен.
1. Система диагностики, удаленного мониторинга и оценки состояния критически важных объектов, включающая объект, размещенный в контролируемой зоне, и систему мониторинга, отличающаяся тем, что система мониторинга выполнена в виде блока управления операциями диагностики и удаленного мониторинга, который управляет промежуточным концентратором информации, выполненным в виде беспилотного летательного аппарата, например большегрузного квадрокоптера с возможностью длительной работы, дозаправки других беспилотных летательных аппаратов, а также сопровождения легкого беспилотного летательного аппарата, оснащенного аппаратурой с системой диагностирования критически важных объектов, причем все элементы системы связаны между собой прямой и обратной связью по обмену управляющей и диагностической информации, например телеметрической, лазерной или радиосвязью, а для повышения надежности работы системы предусмотрен блок дублирования концентратора информации, выполненный в наземном исполнении и оснащенный приемопередаточной аппаратурой для взаимодействия, записи и обмена информации с беспилотными летательными аппаратами.
2. Система диагностики, удаленного мониторинга и оценки состояния критически важных объектов по п.1, отличающаяся тем, что оценка состояния защищенности критически важных объектов проводится методом внутригруппового ранжирования, частным случаем которого является метод анализа иерархий, при этом формируется матрица мероприятий защищенности объекта, показатели которой формируются по данным опроса должностных лиц и специалистов гражданской обороны и РСЧС оцениваемого объекта, причем в матрице показатели реализации мероприятий повышения защищенности оцениваются значениями от 0 до 1.
3. Система диагностики, удаленного мониторинга и оценки состояния критически важных объектов по п.2, отличающаяся тем, что для определения весов показателей мероприятий защищенности по результатам парных сравнений формируется положительная обратно-симметричная матрица, для которой находится главный собственный вектор, элементы которого являются значениями весов показателей мероприятий защищенности, затем находится величина вектора, оценивающего защищенность критически важных объектов с учетом коэффициента шкалирования и путем сравнения обобщенного показателя вектора, оценивающего защищенность критически важных объектов, со шкалой оценки защищенности, проводится оценка защищенности рассматриваемого критически важного объекта.
