Використання космічної інформації в галузі управління соціально-екологічною безпекою територій: Застосування супутникових спостережень для аналізу природної і техногенної безпеки та вивчення ризиків, пов’язаних з надзвичайними ситуаціями

Тут розглядається визначення ризику, моделі реакції складних систем на зовнішні навантаження, методи і підходи до розрахунку інтегрованих соціо-екологічних ризиків, пов’язаних з надзвичайними ситуаціями. Можливості застосування даних ДЗЗ для вдосконалення комплексних моделей природних систем для прогнозування ризиків: підходи до аналізу функцій враження і функцій впливу, моделі формування інформативного сигналу, порівняльний аналіз ефективності стохастичного і детермінованого підходів до моделювання ризиків різних просторово-часових масштабів, поняття системного ризику. Моделі розподілу ризиків надзвичайних ситуацій за даними супутникового спостереження для окремих територій.

Як ми з'ясували на попередній лекції, частота і інтенсивність НС в світі зростає.

При цьому спостерігається суттєва гетерогенність розподілу небезпечних впливів, зокрема, втрат від НС.

Аналіз розподілу втрат з метою побудови стратегій управління безпекою є галуззю застосування просторово-розподілених даних, в першу чергу, даних ДЗЗ. Істотною складовою управління безпекою є аналіз і управління ризиками.

Розглянемо визначення ризику: 

Ризик слід розглядати як контекст, в якому подія відбудеться з деякою ймовірністю або деяка величина має певний розподіл ймовірності, тобто ризик є економічною категорією. Ризик - кількісна міра безпеки, прогнозована векторна величина збитку, що може виникнути внаслідок ухвалення рішень в умовах невизначеності та реалізації загрози (класичне визначення теорії безпеки) 

Поняття ризику, на відміну від математичної ймовірності, враховує і ймовірність події і величину результату, тобто

ризик має значення ймовірності настання певних небезпечних наслідків від події або процесу, що розглядається.

Відповідно до ISO 31000, управління ризиками включає ідентифікацію, оцінку та ранжування ризиків. При цьому ідентифікація має включати аналіз зовнішніх і внутрішніх джерел ризиків по відношенню до системи, яка піддається впливам, проблемний аналіз, тобто аналіз загроз, пов’язаних з ризиками, ідентифікація ризиків з точки зору загроз функціонування (можливостей досягнення цілей), ідентифікація ризиків з точки зору розвитку загроз (сценарний аналіз), ідентифікація ризиків з точки зору диференціації джерел ризику (таксономічний аналіз), а також визначення існуючого переліку загроз і ризиків. Оцінка ризиків, як наступний крок у процедурі управління ризиками, може бути як якісним так і кількісним, і таким чином має базуватися на використанні ґрунтовних наукових підходів.

Найбільш складною та досі недостатньо вирішеною задачею є оцінка екологічних і соціо-екологічних (які включають здоров'я людини в популяції) ризиків.

В цьому контексті важливим поняттям є "прийнятний ризик":

Наразі існує загальна методологія оцінки екологічних ризиків з використанням методів ДЗЗ і просторово розподілених даних.

Кожний тип НС вимагає розробки окремих концептуальних моделей і схем аналізу:

На цій основі можна побудувати загальну схуму оцінки соціо-екологічної безпеки:

Застосування цієї схеми дозволяє визначати, кількісно оцінювати і відповідно ранжувати загрози на різних рівнях:

в тому числі - відповідно до національних класифікацій НС:

Виходячи із такої концепції, можна визначити задачі ДЗЗ в задачах управління ризиками.

Основні задачі для застосування даних ДЗЗ

• Вивчення параметрів функції ризику (функції впливу) через вивчення короткочасових варіацій показників небезпеки (статистика НС): моніторинг розвитку надзвичайних ситуацій та збитків за даними зйомок в оптичному, тепловому і радіодіапазонах; 
• Вивчення параметрів функції ризику (функції впливу) через вивчення довгострокових трендів показників небезпеки: моніторинг і контроль параметрів формування небезпеки (в т.ч. великомасштабних змін) за даними зйомок в оптичному, тепловому і радіодіапазонах; 
• Визначення вигляду функції враження: оцінка і моніторинг параметрів сталості і вразливості, визначення розподілу компонент враження; 
• Визначення вигляду функції розповсюдження: спостереження, аналіз та прогнозування параметрів середовища і характеристик джерел впливів; 
• Визначення індексів для розрахунків регіональних моделей (параметричних описів) ризиків окремих типів НС; 
• Підтримка регіональних та галузевих систем прийняття рішень (інформаційне забезпечення, картографічні продукти, контроль похибок та ефективності впровадження) 

Розглянемо кілька прикладів вирішення задач такого роду:

Частково ми їх вже розглядали у відповідних розділах - вони базуються на окремих моделях, оперують відповідними змінними і дозволяють отримувати кількісні показники ризиків на регіональних і локальних рівнях.

Висновки: можливості використання даних ДЗЗ в задачах управління безпекою і ризиками НС:

• Оперативна реєстрація НС та моніторинг показників безпеки (індикаторів) природних ландшафтів; 
• Прогнозування небезпеки виникнення НС в короткостроковій перспективі (до 2-х тижнів) за даними постійного супутникового моніторингу стану земних покровів (рослинного, ґрунтового, льодового та снігового покриву) і метеорологічних показників; 
• Контроль наслідків НС (в т.ч. індукованих забруднень), визначення екологічних і економічних втрат, контроль відновлення територій; 
• Середнестрокове (протягом сезону) прогнозування ризиків НС за даними супутникових спостережень і польових калібрувальних вимірювань; 
• Середньо- і довгострокові розрахунки тенденцій змін показників ризиків НС і розробка рекомендацій щодо систем управління соціо-екологічною безпекою природних і антропогенних ландшафтів на основі супутникових спостережень змін природних систем і наземних полігонних досліджень розробка рекомендацій щодо адаптації з метою зменшення збитків (адаптаційні та неструктурні заходи ландшафтного управління в екологічно чутливих регіонах); 

Таким чином, можливе створення системи управління ризиками, яка б об'єднувала оперативну реєстрацію, моніторинг, багатомасштабне прогнозування комплексних ризиків і розробку рекомендацій з оптимізації стратегій управління соціо-екологічною безпекою в контексті регіональних кліматичних і екологічних змін

Завдання для самостійної роботи/практичні заняття:

1. Визначення структури і обсягів даних супутникових спостережень, необхідних для вирішення задачі оцінки гідролого-гідрогеологічних ризиків.

2. Приклади розрахунку ризиків, пов’язаних з надзвичайними ситуаціями природного і техногенного походження для території України за даними ДЗЗ.

Контрольні питання до теми:

1. Охарактеризуйте місце і роль космічних технологій в задачах моніторингу надзвичайних ситуацій.

2. Для яких видів надзвичайних ситуацій застосування методів ДЗЗ має найбільшу ефективність?

2. Які основні види ризиків можуть бути з найбільшою достовірністю розраховані за даними ДЗЗ?

3 Які основні властивості складних систем (зокрема екосистем) є фактором формування ризиків і водночас формують інформативні ознаки для ДЗЗ?.

Рекомендована література:

1. Elachi C., Zyl J. Introduction to the Physics and Techniques of Remote Sensing. Second Edition. John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey, 2006, 557 р., ISBN-13 978-0-471-47569-9
2. Liu J.G., Mason Ph.J. Essential image processing and GIS for remote sensing. John Wiley & Sons, Oxford, Imperial College London, UK, 2009, 462 p., ISBN: 978-0-470-51032-2
3. Кронберг П. Дистанционное изучение Земли: Основы и методы дистанционных исследований в геологии: Пер. с нем. — М.: Мир, 1988. - 343 с.
4. Gao J. Digital Analysis of Remotely Sensed Imagery. McGraw-Hill, New York, 2009, 689 p., ISBN: 978-0-07-160466-6
5. Richards J.A., Jia X. Remote Sensing Digital Image Analysis. An Introduction. Fourth Edition. Springer-Verlag Berlin - Heidelberg, 2006, 454 p., ISBN-10 3-540-25128-6