Виктор Семенов
Директор центра АСУ ЗАО «СеверГазСервис», кандидат технических наук

    В пору увлечения автоматизированными системами управления предприятиями (АСУП) территориальные рамки этих систем, как правило, ограничивались цехами определенного предприятия или промышленного комплекса, оставляя без внимания окружающую их территорию и используемые ресурсы. А это ведь – и природные ресурсы (земли, воды, растительность), и инфраструктура (транспорт, средства связи), и системы жизнеобеспечения города, и население (трудовые ресурсы), и экология окружающей среды в целом. Как правило, не решалась обратная задача – как повлияет новый проект или производственный план, разработанный АСУП, на окружающую среду и в конечном счете на основное производство. При составлении программ развития промышленного комплекса или технико-экономического обоснования проектов брали верх ведомственные интересы, допускалось много субъективизма, что впоследствии наносило значительный ущерб и территории, и самому промышленному комплексу.

    Автоматизация управления: от предприятий к территориям
    Разработка стратегии устойчивого развития территорий – первоочередная задача управления промышленными комплексами, нынешняя деятельность которых зачастую ведет к загрязнению земель, вод и атмосферы, уничтожению лесов, нарушению озонового слоя, опустыниванию земель и эрозии почв. Особенно это касается территорий, на которых расположены горнорудные и нефтегазодобывающие комплексы, крупные машиностроительные и металлургические комбинаты. Следы этих нарушений фиксируются на фотографиях, полученных из космоса. Проекты развития территории должны предусматривать смягчение последствий этих негативных явлений и их устранения. К этому обязывают и ратифицированные Россией конвенции, касающиеся экологических проблем, принятые перед мировым сообществом обязательства по охране окружающей среды.

Следы промышленных выбросов в атмосферу, Иркутская область

    Современная методология проектирования и выработки стратегии устойчивого развития территории предусматривает применение информационно-аналитических и экспертных систем, а также систем поддержки принятия решений для моделирования ситуаций, тщательного анализа и научного обоснования этих решений. Названные системы составляют основу искусственного интеллекта в управлении территориями, обеспечивают «интеллектуализацию» процессов принятия решений администрацией краев, областей, округов и районов, где расположены промышленные комплексы.
    Интеллектуализация – это широкий спектр высокосознательных воздействий человека на процессы природопользования, охраны окружающей среды и градостроительства на основе экспертного анализа материалов аэрокосмических и наземных съемок. Это – научная обоснованность решений, отказ от амбициозных инвестиционных проектов, продиктованных желанием получить временную выгоду в ущерб интересам будущих поколений. Между тем такого рода проекты должны предусматривать замещение невозобновляемых ресурсов возобновляемыми, замену экологически опасных технологий на менее опасные, захоронение отходов – на их очистку и утилизацию, реконструкцию инфраструктуры – на реконструкцию территории в целом, включающую рекультивацию земель, химико-биологическую очистку вод, зеленые насаждения. Промышленность следует ориентировать на выпуск биоразложимых продуктов, снижение их энергоемкости и материалоемкости. А при планировании развития производства необходимо обеспечивать классификацию и строгое зонирование территории с соблюдением естественных и культурных ландшафтов, оборудование мест временного хранения и переработки отходов.
    Основное внимание в современных автоматизированных системах управления территориями уделяется, таким образом, комплексному подходу к решению управленческих задач и интеллектуализации процессов принятия управленческих решений путем создания информационно-аналитических систем с использованием объективной информации о местности и сложившейся там ситуации. Создание таких систем является одним из важных этапов информатизации общества.

    Информатизация общества и аэрокосмическая съемка
    Если говорить кратко, то в первую очередь информатизация общества означает широкомасштабную компьютеризацию, создание корпоративных телекоммуникационных систем для сбора и передачи информации, обеспечение прямого доступа абонента к объективной исходной информации, имеющей общественную значимость. В качестве такой информации могут служить материалы аэрокосмических и наземных съемок. Так, по спектрозональным космическим снимкам высокого разрешения (5-8 м) можно создавать десятки тематических и специальных карт (картографических слоев) на одну и ту же территорию в масштабах от 1:1 000 000 до 1:25 000 и крупнее. Информационно-аналитические системы позволяют синтезировать эти слои для экспертного анализа и поддержки принятия решений администрацией краев, регионов, промышленных комплексов, а также специалистами – экологами, землеустроителями, проектировщиками и др.

Загрязнение нефтью прибрежной зоны Каспия

    Можно сказать, что широкое использование аэрокосмической информации становится элементом культуры современного общества. Умению читать аэрокосмические снимки, так же как и умению читать карты, нужно учить еще в школе. Задача же разработчиков различного рода программно-технических средств обработки аэрокосмической информации – повысить интеллектуальный потенциал общества и обеспечить прогресс в этой области. Создание систем распределенного доступа и анализа данных дистанционного зондирования Земли из космоса явится для России важным шагом к внедрению новых технологий в хозяйственную практику, в том числе для создания и обновления природно-ресурсного и земельного кадастра территорий. Это, например, предусмотрено в федеральном проекте «Возрождение Волги».
    Современные автоматизированные системы управления должны быть самообучающимися, так как объем обрабатываемой информации и количество взаимосвязей настолько возрастают, что обычными методами принятия решений с такой работой не справиться. Помочь тут может использование правил построения моделей поддержки принятия решений, ориентирующихся на решение задач с помощью математико-картографических моделей, что относится к теории искусственного интеллекта. Например, существует такая задача – разработать комплексную технологию нормирования выбросов вредных веществ в атмосферу в интересах экологической безопасности населения крупных промышленных комплексов. Ее решение будет основываться на математико-картографическом моделировании окружающей среды и процессов загрязнения атмосферы с применением теории искусственного интеллекта. По космическому изображению территории одного из промышленных комплексов, где четко видны следы промышленных выбросов в атмосферу, можно мысленно представить прототип такой динамической модели. На снимке четко видны следы загрязнения атмосферы и прибрежных вод, деградации растительного покрова, что в конечном счете воздействует на экологию территории и здоровье населения.
    Существует много способов смоделировать и описать промышленный комплекс для автоматизации процессов управления территорией. Один из них – создание электронных (цифровых) моделей местности и объектов управления по топографическим картам, трансформирование и совмещение фотографических изображений территории комплекса, полученных методом дистанционного зондирования Земли, с электронными моделями. По этим изображениям обновляется вся ситуация на местности, осуществляется мониторинг изменений, производятся анализ и оценка экологического состояния территории.
    Далее встает задача интегрированной обработки всех имеющихся данных о территории и ее объектах с пространственно-временной их привязкой к электронной модели. Эта задача может решаться с помощью геоинформационных или экспертных систем. Результаты интегрированной обработки данных, их экспертного анализа и кладутся в основу решения задач управления территорией промышленного комплекса. В их число входят:
    – инвентаризация земельных, водных и растительных ресурсов, недвижимости, инфраструктуры с последующим созданием кадастра территории;
    – мониторинг или контроль (инвентаризационный, экологический), заключающийся в экспертном анализе разновременных космических изображений и других данных с целью установить изменения и динамику процессов или явлений;
    – анализ, оценка и прогнозирование экологического состояния территории и динамики развития промышленного комплекса;
    – проектирование и технико-экономическое обоснование проектов;
    – планирование и разработка программ развития территории;
    – регулирование (инженерно-техническое, инженерно-экологическое, социально-экономическое).
    В результате сочетания статического и динамического моделирования исследуемых процессов и использования этих моделей для многовариантной оптимизации проектов создается фактографическая основа для систем поддержки принятия решений на различных уровнях управления – федеральном, региональном, местном.

    Производство и экология
    Функционирование основного производства, как правило, сопровождается добычей, переработкой и транспортировкой сырья, электроэнергии, тепла, промышленным и жилищным строительством, т. е. процессами, связанными со значительными нагрузками на окружающую среду. Эти процессы должны иметь пространственно-временную увязку не только с основным производством, но и природоохранными мероприятиями: рекультивацией земель (ландшафтов), нарушенных в ходе промышленного строительства, химической и биологической очисткой загрязненных водоемов, утилизацией отходов, реконструкцией инфраструктуры. Особенно это касается нефте- и газодобывающей отраслей.
    Загрязнение территории, в первую очередь подземных вод, нефтепродуктами – одна из самых серьезных экологических проблем во всем мире. Практически всегда добыча, транспортировка, переработка, хранение и распределение нефтепродуктов сопровождаются загрязнением природной среды, включая подземные воды, в результате технических или аварийных утечек. В развитых странах Запада такие потери оцениваются в 0,1% от объема хранения нефтепродуктов. В России и ряде других стран СНГ такие потери, по мнению многих специалистов, могут составлять 1% и более. Стоимость выполнения инженерно-экологических работ в ряде случаев (например, для районов Крайнего Севера) из-за тонкого гумусного слоя почвы, необходимого для рекультивации земель, и высокой степени ранимости природы может быть очень высока, так как предусматривает закупку, доставку и использование дорогостоящих химико-биологических препаратов для очистки земель и вод, а также производство зеленых насаждений.
    Больших затрат можно избежать, если исследования территории (тематическое картографирование по материалам космических и наземных съемок, компьютерное моделирование поведения экосистемы при различных вариантах эксплуатации месторождений) проводить до планирования работ. Комплексность управления достигается в первую очередь благодаря своевременному и полному обеспечению достоверной информации о территории и ее интегрированной обработке с помощью геоинформационных технологий. Достоверность информации, как уже отмечалось выше, обеспечивается за счет получения не зависимых от ведомственной принадлежности данных в процессе мониторинга территории из космоса. В качестве таких данных могут быть использованы материалы разновременных космических съемок высокого разрешения (3-5 м на местности), результаты экспертного анализа полученных данных с выполнением заверочных наземных измерений и лабораторных исследований.
    В качестве примера достаточно привести фрагмент спектрозонального космического снимка, отражающего критическое состояние территории одного из нефтедобывающих комплексов на Каспии (устье Куры), которая находится на грани экологической катастрофы. На снимке четко видны источники загрязнений – места добычи и транспортировки нефти, скопление нефти в естественных понижениях прибрежной зоны, затопленные Каспием и загрязненные нефтью рыборазводные водоемы. Ликвидация этих последствий требует полной реконструкции территории и огромных средств. Этого можно было бы избежать, если бы заранее были учтены условия функционирования нефтедобывающего комплекса, а также возможный подъем уровня Каспия и другие факторы. Стоимость таких исследований ничтожно мала по сравнению со стоимостью работ по ликвидации последствий промышленной эксплуатации территории.
    В нашей базе данных имеется немало таких примеров, которые наглядно говорят о важности комплексного подхода к решению задач управления территорией. Для этих целей и разрабатывается интеллектуальная система управления территориями и ситуациями. Система включает в себя:
    – техническое обеспечение (графические станции на базе персональных компьютеров самой лучшей на момент создания конфигурации, с мощными графическими ускорителями и накопителями данных, автоматизированные средства ввода и воспроизведения информации, в том числе компьютерные видеопроекторы высокого разрешения);
    – программное обеспечение (пакеты программ, составленные для геоинформационных систем и экспертного анализа аэрокосмических изображений);
    – информационное обеспечение (базы данных в виде электронных карт и фотокарт, массивов статистических данных, а также базы знаний, состоящие из образцов дешифрирования изображений объектов, полученных из космоса, эталонов интерпретации объектов и ситуаций с наземными заверками, и математические модели решения задач управления, текстовые легенды).
    Стоимость зарубежного технического и программного обеспечения, с помощью которого можно решать подобные задачи, например, фирмы ИНТЕГРАФ, оценивается в несколько сот тысяч долларов. Мы планируем сформировать подобную систему стоимостью на порядок меньше без потери качества принимаемых решений. Информационное обеспечение системы (банк данных и банк знаний) создается совместно с заказчиком по тем стандартам и требованиям, которые существуют в отрасли.