Структура методики зонирования береговой территории по степени опасности

 

Разрабатываемая методика зонирования береговой территории ориентирована на работу с квалифицированным специалистом-экспертом и должна включать в себя [3, 5]:

структурирование береговой зоны (разделения береговой зоны на отдельные элементарные ячейки - пиксели). Предполагается, что процедура выделения пикселя будет производиться с участием эксперта (экспертов).

При этом предоставляется возможность реализации различных вариантов структурирования береговой зоны и выделения пикселов различных масштабов в зависимости от стоящих перед экспертами задач, наличной экологических и технической информации.

заполнение баз данных по отдельным пикселям, использовав это эксперт сможет занести в базу всю необходимую ему информацию и определить, какая дополнительная информация необходима для того, чтобы продолжать анализ с помощью предлагаемой экспертной системы.

Для каждого такого пикселя в специальную встроенную базу данных заносится данные, характеризующие этот пиксель, которые могут включать в себя характеристики геологических условий, ландшафтные характеристики, показатели, характеризующие растительные и животные сообщества, оценки состояния атмосферы и гидросферы, оценку существующего состояния территории и геологической среды, характеристики промыслового и сельскохозяйственного использования территории, общую характеристику уже существующей техногенной нагрузки на окружающую среду района расположения проектируемого объекта и другие необходимые для анализа характеристики;

описание технологического воздействия проектируемого объекта на окружающую среду, которая включает в себя базу данных (по каждому пикселю), куда будут заноситься характеристики воздействия техногенного объекта в ходе его строительства и функционирования в штатном режиме на природные системы - лесные, ценозы, почвы, поверхностные воды, животный и растительный мир.

Эти воздействия могут заключаться в вырубке просек в лесу при строительстве дорог, выравнивании почвы, строительстве мостов. В специальную базу при этом заносится стоимость конкретных технологических воздействий в зависимости от того, на какие объекты природной среды это воздействие направлено.

определение сценариев чрезвычайных ситуаций (ЧС) для экологических и технических объектов по отдельным пикселям. Список сценариев ЧС может включать в себя все характерные для данных условий ЧС. Так как нами рассматривается прибрежная территория, то основную опасность представляют морские наводнения сейсмической природы. Но в базу данных могут быть также внесены и другие природные риски: пожары, землетрясения, ураганы и т.п.

Список основных сценариев ЧС вводится в базу данных пользователями экспертной системы. Каждый сценарий ЧС при этом характеризуется экспертом по наличию или отсутствию определенных природных объектов. Фактически эксперт-пользователь вводит логическую функцию возможности ЧС. Если значение логической функции равно 1, ЧС данного типа возможно. Если значение выбранной логической функции равно 0, ЧС данного типа невозможно.

Для каждого введенного сценария будут вводиться вероятности того, что ситуация, сопровождаемая проявлением ЧС данного типа, реализуется, и оцененный экспертно или по данным наблюдений аналогичных объектов средний ущерб ЧС данного типа в натуральных и денежных единицах. Для списка основных ЧС такие данные будут вноситься в процессе разработки экспертной системы, однако работающий с системой эксперт сможет изменить в случае необходимости оценки тех или иных ЧС, ввести дополнительные сценарии ЧС, вероятности, ущерб и риски этих ЧС.

выделение оптимальных пикселей для строительства объектов по различным целевым показателям - стоимости инженерных работ, экологической безопасности, мультипликативной экономической эффективности и т.д. Для решения многокритериальной задачи используется процедура выделения Парето-оптимальных решений и метод обобщенного критерия. При этом эксперт может работать в рамках итеративной процедуры, включающей в себя оптимизацию с использованием различных методов и разных целевых функций с тем, чтобы сравнить участки побережья, оптимальные по различным критериям.

Последовательные этапы работы включают в себя:

этап структурирования зоны исследований и выделения пикселей;

этап наполнения модели данными натурных обследований;

этап определения сценариев техногенных воздействий анализируемого объекта в ходе его строительства и дальнейшего функционирования;

этап определения сценариев ЧС и вероятностей их возникновения;

этап анализа альтернативных вариантов и выбора оптимального (оптимальных) по заданным критериям пикселя (участка) для строительства объекта.

Эксперт также может использовать последовательную процедуру скейлинга (разбиения территории на пиксели все меньшей и меньшей площади), проводить анализ рисков и определение оптимальных пикселей на каждом масштабе и оценивать устойчивость решений на разных пространственных масштабах.

Разрабатываемая методика позволяет организации, использующей ее:) внедрить, поддержать и улучшить систему управления окружающей средой по береговой территории;) удостовериться в своем соответствии схемы экологических мероприятий, проводящихся в процессе функционирования гидротехнических объектов сформулированной фирмой экологической политике;) продемонстрировать это соответствие различным правительственным и неправительственным структурам;) добиться сертификации и регистрации государственными органами экологического контроля своей системы управления окружающей средой;

Таким образом, предложена методика для зонирования береговой территории по степени опасности, использование которой позволяет выделять по нескольким критериям оптимальные участки побережья для строительства гидротехнического объекта и, следовательно, позволяет повысить уровень защищенности.

Моделирование данных

 

Рассмотрим вариант зонирования береговой территории по степени опасности. Имеется некоторая исследуемая береговая территория. Необходимо выделить оптимальные зоны для расположения (строительства) некоторых гидротехнических объектов, например объектов рыбного промысла.

Структурирование береговой территории. Как можно характеризовать исследуемую область? Традиционный подход заключается в сопоставлении каждой точки территории некоторого набора измеримых либо экспертно оцененных параметров. Далее будем называть этот набор вектором параметров. Однако возможность определения вектора параметров в каждой точке исследуемой области сомнительна.

Во-первых, произвести измерения (оценку) в каждой точке физически затруднительно, во-вторых, задание многих параметров в точке лишено смысла - так, если высота над уровнем моря принципиально может характеризовать каждую точку территории, то, например, тип экосистемы характеризует некоторую окрестность точки.

Изложенные соображения позволяют перейти от решения поставленной непрерывной задачи к решению дискретной задачи. Дискретизация задачи производится следующим образом - исследуемая область разбивается на одинаковые пиксели, каждому из которых сопоставляется определённое значение вектора параметров.

В случае если распределение некоторого параметра внутри пикселя известно, то пикселю сопоставляется среднее по площади значение параметра, если же параметр определяется экспертно, то он определяется для всего пикселя сразу.

Геометрия пикселей может влиять на точность решения, но принципиальной роли не играет. Нами были выбраны квадратные пиксели. Соседями пикселя считалась его окрестность фон Неймана.

Процедура расчета множества Парето. Задача выбора оптимального местоположения некоторого технического объекта можно заменить расчетом множества Парето и выбором экспертом одного или нескольких элементов множества. Число пикселей конечно, следовательно и множество Парето конечно. В этом случае элементы множества Парето можно выделить, используя простой перебор и сравнение решений по определению.

В случае же когда пиксель можно охарактеризовать двумя параметрами, данная задача может быть решена графически. После расчета множества Парето эксперт выделяет те пиксели, которые оптимальны для использования, например пиксели, значения параметров которых попадают в некоторый определенный экспертом интервал.

Для расчета множества Парето была разработана программа на языке C++, осуществляющая перебор и сравнение всех возможных решений. В результате выполнение алгоритма происходит не более  сравнений решений, где  - число пикселей. Данные организованы в виде списка. Если при сравнении получаем доминируемое решение, то оно удаляется из списка и в дальнейшем в сравнении не участвует, что приводит к сокращению числа операций.

База данных. Исходные данные хранятся в файле "data. txt". Каждому пикселю соответствует три позиции:

порядковый номер пикселя;

оценка стоимости строительства объекта (в эту оценку может помимо непосредственной стоимости строительства объекта на рассматриваемом участке также включаться стоимость строительства дорог необходимых для функционирования объекта, стоимость вырубленных лесов и т.д.);

оценка риска возникновения цунами, приводящего к разрушению объекта.

Рассмотренная модельная береговая территория была разбита на 23 пикселя. В соответствие каждому пикселю поставлены значения двух (упомянутых выше) характеристик (критериев):

стоимость строительных работ (определяется в десятибалльной системе),

риск возникновения цунами сейсмической природы с высотой волны превышающей некоторый критический уровень в течение некоторого промежутка лет.