Методы, модели и алгоритмы в системах безопасности : машинное обучение, робототехника, страхование, риски, контроль

 
Н.Г. Топольский, В.Я. Вилисов 
 
 
МЕТОДЫ, МОДЕЛИ И 
АЛГОРИТМЫ  
В СИСТЕМАХ  БЕЗОПАСНОСТИ  
МАШИННОЕ ОБУЧЕНИЕ,  
РОБОТОТЕХНИКА,  
СТРАХОВАНИЕ,  
РИСКИ, 
КОНТРОЛЬ 
 
 
МОНОГРАФИЯ 
 
Под редакцией доктора технических наук, 
профессора Н.Г. Топольского 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва 
РИОР 
 
 

УДК 614.842.83.07/.08 
ББК 38.96 
Т58 
 
А в т о р ы: 
Топольский Н.Г. - д-р. техн. наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ, академик 
РАЕН и НАНПБ, профессор кафедры информационных технологий Академии ГПС МЧС 
России (Москва). Автор более 700 печатных работ, в том числе более 40 монографий по 
моделированию и разработке интеллектуальных автоматизированных систем комплексной 
безопасности потенциально опасных и критически важных объектов, зданий и сооружений; 
Вилисов В.Я. - д-р экон. наук, канд. техн. наук, профессор кафедры математики 
Технологического университета (г. Королев). Автор более 200 печатных работ, в том числе 
семи монографий по математическому моделированию и методам информационно-
аналитической поддержки принятия решений в организационно-технических системах. 
 
Р е ц е н з е н т ы: 
Денисов А.Н. - д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры пожарной тактики и 
службы Академии ГПС МЧС России (Москва); 
Фирсов А.В., канд. техн. наук, доцент, начальник кафедры гражданской защиты 
Академии ГПС МЧС России (Москва) 
 
     Топольский Н.Г., Вилисов В.Я.  
Т58    Методы, модели и алгоритмы в системах безопасности : машинное обучение, 
робототехника, страхование, риски, контроль : монография / Н.Г Топольский, В.Я. 
Вилисов; под ред. д-ра техн. наук, профессора Н.Г. Топольского. – Москва : РИОР, 2021. 
– 475 с. – DOI: https://doi.org/10.29039/02072-2 
 
ISBN 978-5-369-02072-2 
 
В монографии рассмотрены актуальные вопросы поддержки принятия решений и 
управления в системах обеспечения безопасности при ликвидации пожаров и 
чрезвычайных ситуаций на основе использования инновационных подходов и 
инструментов исследования операций, искусственного интеллекта, робототехники и 
методов управления в организационных системах. 

Монография предназначена для профессорско-преподавательского состава, научных 
сотрудников, аспирантов (адъюнктов) и докторантов, а также для магистрантов, студентов 
и слушателей  образовательных организаций, всем тем, кто интересуется проблемами 
поддержки принятия решений и управления в системах обеспечения безопасности. 

 

Издается в авторской редакции. 

УДК 614.842.83.07/.08 
ББК 38.96 
ISBN 978-5-369-02072-2  
 
© Топольский Н.Г. 
     Вилисов В.Я. 
 
 
 

Посвящается  
30-летию научной школы по автоматизации систем 
и средств предупреждения и ликвидации пожаров и 
чрезвычайных ситуаций, возглавляемой заслуженным 
деятелем 
науки 
РФ, 
академиком 
Российской 
академии 
естественных 
наук 
и 
Национальной 
академии наук пожарной безопасности, доктором 
технических наук, профессором  
Николаем Григорьевичем Топольским 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Оглавление 

Введение .................................................................................................................................................. 9 

Глава 1. Методы и технологии поддержки принятия решений при управлении силами и 
средствами в чрезвычайных ситуациях ............................................................................................. 12 
1.1. Проблемы и задачи управлении ликвидацией пожаров и ЧС в РСЧС ................................. 12 
1.1.1. Структура управления РСЧС ............................................................................................. 12 
1.1.2. Факторы ликвидации пожаров .......................................................................................... 14 
1.1.3. Модели и задачи управления ликвидацией пожаров ...................................................... 16 
1.2. Современные интеллектуальные системы управления ......................................................... 19 
1.2.1. Системы поддержки принятия решений в информационных системах ........................ 19 
1.2.2. Системы, основанные на знаниях...................................................................................... 25 
1.2.2.1. Элементы поддержки ликвидации пожаров и ЧС в РСЧС ....................................... 25 
1.2.2.2. Неопределенности в задачах управления силами и средствами.............................. 29 
1.2.2.3. Технологии накопления знаний в сложных системах .............................................. 30 
1.2.3. Модели и алгоритмы, используемые для поддержки принятия решений в 
практике управления ликвидацией ЧС ....................................................................................... 41 
1.3. Анализ взаимосвязей показателей и факторов по данным пожарной статистики .............. 47 
1.3.1. Методологические аспекты оценки эффективности инновационных элементов 
поддержки ликвидации пожаров и ЧС ........................................................................................ 47 
1.3.2. Логика построения адекватных факторных моделей ...................................................... 49 
1.3.3. Регрессионный анализ пожарной статистики .................................................................. 55 
1.3.3.1. Регрессионные модели показателей реагирования ГПС .......................................... 55 
1.3.3.2. Восстановление недостающих данных в выборках наблюдений показателей 
ущерба на основании вспомогательных регрессионных моделей ....................................... 58 
1.3.4. Регрессионные модели взаимосвязи ущерба и временных характеристик 
реагирования пожарных подразделений ..................................................................................... 60 
1.3.4.1. Модели по всем пожарам за период 2003-2017 гг. и за 2011-2017 гг. .................... 60 
1.3.4.2. Модели по пожарам в городах за период 2011-2017 гг. ........................................... 66 
1.3.4.3. Модели по пожарам в сельской местности за период 2011-2017 гг. ....................... 67 
1.3.4.4. Сводные результаты регрессионного анализа зависимости показателей 
ущерба от временных характеристик реагирования .............................................................. 68 
1.3.4.5. Анализ статистических данных о пожарах по регионам России ............................. 74 
1.3.5. Прогнозирование показателей реагирования и ущерба от пожаров .............................. 76 
1.3.5.1. Методы экстраполяционного прогнозирования ........................................................ 76 
1.3.5.2. Прогнозирование показателей реагирования по России .......................................... 78 
Выводы по главе 1 ............................................................................................................................ 78 

Глава 2. Машинообучаемые модели, алгоритмы и методы поддержки принятия решений 
при распределении ограниченных ресурсов в процедурах оперативного управлении 
ликвидацией пожаров .......................................................................................................................... 82 
2.1. Управление силами и средствами при одновременных вызовах .......................................... 82 
2.1.1.  Анализ статистики пожаров в городах ............................................................................ 82 
2.1.2. Особенности управления ликвидацией пожаров при одновременных вызовах ........... 91 
2.2. Модели распределения ресурсов пожарных частей при одновременных вызовах ............. 94 
2.2.1. Прямая и обратная постановки распределительной задачи транспортного типа ......... 96 
2.2.2. Преобразование транспортной задачи к задаче линейного программирования ......... 102 
2.2.3. Некоторые особенности обратной транспортной задачи .............................................. 104 
2.2.4. Свойства обратной транспортной задачи как процедуры машинного обучения 
линейной модели ......................................................................................................................... 109 
2.2.4.1. Анализ особенностей задачи линейного программирования, построенной по 

транспортной модели .............................................................................................................. 109 
2.2.4.2. 
Машинное 
обучение 
транспортной 
модели 
как 
обратная 
задача 
восстановления параметров целевой функции по наблюдениям ....................................... 115 
2.2.4.3. Интерпретация результатов обучения транспортной модели ............................... 122 
2.2.4.4. О логике адекватности обученной модели .............................................................. 124 
2.3. Экспертные процедуры выявления предпочтений ЛПР ...................................................... 124 
2.3.1. Алгоритм экспертного оценивания вариантов распределения ресурсов на основе 
транспортной модели ................................................................................................................. 126 
2.3.2. Планирование оптимальных экспериментов для выявления знаний опытного 
лица, принимающего решения .................................................................................................. 134 
2.3.2.1. Объект и типы экспериментирования ...................................................................... 135 
2.3.2.2. Принципы согласованного управления ................................................................... 135 
2.3.2.3. Оптимальное планирование эксперимента на ЛПР ................................................ 140 
2.4. Оценивание эффекта от применения распределительной транспортной модели в 
управлении ликвидацией пожаров................................................................................................ 150 
2.4.1. Потенциал снижения ущерба от пожаров ...................................................................... 150 
2.4.2. Об оценивании эффективности применения транспортных моделей для 
управления ликвидацией пожаров ............................................................................................ 152 
2.4.3. Основные сценарии применения транспортных моделей для управления 
ликвидацией пожаров ................................................................................................................. 155 
Выводы по главе 2 .......................................................................................................................... 155 

Глава 3. Многошаговые математические модели накопления знаний лиц, принимающих 
оперативные решения при ликвидации пожаров ............................................................................ 158 
3.1. Управление ликвидацией пожаров с использованием управляемых марковских цепей
 .......................................................................................................................................................... 158 
3.1.1. Типовая динамика развития и показатели состояния пожара ...................................... 159 
3.1.2. Представление динамики развития пожара в виде марковской цепи ......................... 160 
3.1.2.1. Основные свойства марковских цепей ..................................................................... 160 
3.1.2.2. Алгоритм оценивания параметров марковской цепи по наблюдениям ................ 161 
3.1.2.3. Имитационное моделирование оценивания параметров марковской цепи по 
наблюдениям............................................................................................................................ 163 
3.1.2.4. Анализ статистических данных о пожарах в городах субъектов .......................... 167 
3.1.2.5. Прогнозирование показателей процесса ликвидации пожара по марковской 
модели ...................................................................................................................................... 173 
3.1.3. Представление процесса принятия решений на пожаре в виде управляемой 
марковской цепи ......................................................................................................................... 180 
3.1.3.1. Показатели сложности и ранги пожаров .................................................................. 181 
3.1.3.2. Управление рангом вызова на основе использования управляемой 
марковской цепи ...................................................................................................................... 183 
3.1.3.3. Алгоритм поиска оптимальной стратегии управляемой марковской цепи .......... 185 
3.1.5. Алгоритм формализованного накопления опыта управления ликвидацией 
пожаров путем решения обратной задачи для управляемой марковской цепи .................... 186 
3.1.5.1. Исходные данные, необходимые для решения обратной задачи (накопления 
знаний путем машинного обучения модели) ........................................................................ 187 
3.1.5.2. Алгоритм машинного обучения ................................................................................ 188 
3.1.5.3. Модельный пример .................................................................................................... 192 
3.2. Управление ликвидацией пожаров с использованием игровых моделей .......................... 193 
3.2.1. Типовые варианты игр с природой ................................................................................. 194 
3.2.2. Модельный пример ........................................................................................................... 198 
3.2.3. Основные элементы матричных игр с нулевой суммой ............................................... 200 
3.2.4. Методы решения матричных игр с нулевой суммой .................................................... 202 

3.2.4.1. Метод Брауна-Робинсон решения матричных игр m×n. ........................................ 202 
3.2.4.2. Решение матричной игры путем сведения ее к задаче линейного 
программирования ................................................................................................................... 203 
3.2.5. Алгоритм получения знаний от ЛПР об эффективном управлении эвакуацией 
людей из горящего здания .......................................................................................................... 204 
3.2.5.1. Обратная игровая задача ............................................................................................ 204 
3.2.5.2. Правило остановки алгоритма рекуррентного оценивания параметров 
игровой модели ........................................................................................................................ 206 
3.2.5.3. Планирование оптимального эксперимента при машинном обучении игровой 
модели ....................................................................................................................................... 207 
3.2.5.4. Модельный пример управления процессом ликвидации пожара в 
многоэтажном здании ............................................................................................................. 209 
Выводы по главе 3 .......................................................................................................................... 212 

Глава 4. Модели и алгоритмы машинного обучения робототехнических систем, 
применяемых при локализации и ликвидации пожаров и чрезвычайных ситуаций ................... 214 
4.1. Современное состояние применения робототехнических систем при ликвидации 
пожаров и ЧС в отечественной и зарубежной практике ............................................................. 214 
4.1.1. 
Анализ 
функциональных 
возможностей 
робототехнических 
систем, 
используемых при ликвидации пожаров и ЧС ......................................................................... 214 
4.1.2. Проблемы и задачи управления робототехническими системами в составе сил и 
средств ликвидации пожаров и ЧС ........................................................................................... 220 
4.1.3. 
Особенности 
подхода 
к 
решению 
прикладных 
задач 
применения 
робототехнических систем при ликвидации пожаров и ЧС ................................................... 221 
4.2. Методы и алгоритмы машинного обучения моделей управления автономными 
роботами, входящими в состав мультиагентных групп .............................................................. 223 
4.2.1. Алгоритм машинного обучения модели планирования операций роботов в 
составе мультиагентной группы на основе модели линейного программирования ............ 223 
4.2.2. Применение машинообучаемых транспортных моделей для оптимального 
распределения заданий в мультиагентной группе роботов, взаимодействующих при 
ликвидации пожаров и чрезвычайных ситуаций ..................................................................... 228 
4.2.3. Машинное обучение мобильного робота при выполнении задач разведки опасных 
для человека зон ЧС на основе управляемых марковских цепей ........................................... 232 
4.2.4. Определение склонности к риску оператора, управляющего робототехнической 
системой ....................................................................................................................................... 236 
4.2.5. Моделирование применения роботов в коллаборации с человеком ............................ 239 
Выводы по главе 4 .......................................................................................................................... 244 

Глава 5. Модели и алгоритмы контроля готовности и управления рисками в задачах 
поддержки принятия решений при ликвидации пожаров и ЧС ..................................................... 246 
5.1. Инструменты риск-ориентированного контроля .................................................................. 246 
5.1.1. Риск-ориентированное управление силами и средствами в ГПС ................................ 246 
5.1.2. Контроль в ГПС ................................................................................................................. 248 
5.1.2.1. Регламентация контроля готовности сил и средств в ГПС .................................... 249 
5.1.2.2. Термины, определения и элементы внутреннего контроля ................................... 250 
5.1.2.3. Принципы и международные стандарты внутреннего контроля .......................... 259 
5.1.2.4. Цели и задачи создания и оценивания СВК ............................................................ 262 
5.1.2.5. Направления развития методического обеспечения СВК ...................................... 263 
5.1.3. Ключевые показатели риска и пожарной безопасности ............................................... 265 
5.1.3.1. Классификация показателей контроля готовности ................................................. 265 
5.1.3.2. Принципы формирования репрезентативного множества показателей 
контроля ................................................................................................................................... 267 
5.1.4. Риски как одна из групп комплекса показателей эффективности ГПС ....................... 268 

5.1.4.1. Риск и его показатели в СВК .................................................................................... 268 
5.1.4.2. Представительность и информативность системы показателей ........................... 272 
5.1.4.3. Отдельные бинарные тесты ....................................................................................... 275 
5.1.4.4. Комплексные бинарные тесты .................................................................................. 277 
5.1.4.5. Имитация тестирования показателей риска в подразделениях ............................. 278 
5.1.4.6. Имитация тестирования показателей состояния СВК подразделений ................. 285 
5.1.5. Взаимодействие подразделений в иерархической структуре ГПС .............................. 287 
5.1.5.1. Варианты межуровневого взаимодействия при организации внутреннего 
контроля ................................................................................................................................... 287 
5.1.5.2. 
Дисциплины 
и 
алгоритмы 
управленческого 
и 
информационного 
взаимодействия ........................................................................................................................ 289 
5.1.5.3. Свертка показателей риска и состояния СВК ......................................................... 290 
5.1.5.4. Моделирование интеграции данных о состоянии СВК и планирования 
проверок ................................................................................................................................... 295 
5.1.6. Инструментальные методы тестирования ПВП ............................................................ 308 
5.1.6.1. Типовые процедуры экспертного оценивания при тестировании на уровне 
ПВП .......................................................................................................................................... 308 
5.1.6.2. Методы вычисления частных показателей .............................................................. 309 
5.2. Моделирование риска решений, принимаемых при управлении ликвидацией пожаров
 .......................................................................................................................................................... 313 
5.2.1. Актуальность моделирования риска принимаемых решений ...................................... 313 
5.2.2. Постановка задачи ............................................................................................................ 314 
5.2.2.1. Прямая задача ............................................................................................................. 315 
5.2.2.2. Варианты применения модели в процедурах принятия решений ......................... 317 
5.2.2.3. Обратная задача .......................................................................................................... 318 
5.2.2.4. Многошаговый выбор ................................................................................................ 319 
5.2.3. Решение задачи ................................................................................................................. 320 
5.2.3.1. Алгоритм решения задачи ......................................................................................... 321 
5.2.3.2. Имитационный эксперимент ..................................................................................... 321 
5.2.4. Анализ и обсуждение результатов .................................................................................. 323 
5.3. Моделирование готовности к реагированию на чрезвычайные ситуации в 
многоуровневой системе управления ........................................................................................... 324 
5.3.1. Обоснование актуальности задачи .................................................................................. 324 
5.3.2. Состав и основные функции системы ............................................................................. 325 
5.3.3. Постановка задачи ............................................................................................................ 329 
5.3.4. Решение задачи ................................................................................................................. 330 
5.3.4.1. Модельный пример .................................................................................................... 330 
5.3.4.2. Регрессионный анализ ............................................................................................... 332 
5.3.4.3. Нейросетевое моделирование ................................................................................... 333 
5.3.4.4. Анализ и обсуждение результатов ........................................................................... 337 
5.4. Алгоритм оценивания эффекта от снижения риска ............................................................. 338 
5.4.1. Статистический анализ показателей реагирования ....................................................... 338 
5.4.2. Оценивание показателей ущерба .................................................................................... 340 
Выводы по главе 5 .......................................................................................................................... 342 

Глава 6. Модели и методы повышения технико-экономической эффективности ликвидации 
пожаров и ЧС за счет организационных и инновационных факторов ......................................... 345 
6.1. Принципы повышения эффективности ликвидации пожаров на основе использования 
инноваций ........................................................................................................................................ 345 
6.1.1. Виды инноваций ............................................................................................................... 345 
6.1.2. Инфраструктура инноваций ............................................................................................. 346 
6.1.3. Структура моделей ликвидации пожаров с учетом инновационных элементов ........ 348 

6.2. Модели и механизмы страхового перераспределения финансовой нагрузки по 
обеспечению процесса ликвидации пожаров и последствий от пожаров между 
государством и гражданами .......................................................................................................... 351 
6.2.1. Анализ статистических данных ....................................................................................... 352 
6.2.2. Варианты страхового возмещения ущерба, причиненного пожарами ........................ 355 
6.2.2.1. Математическая модель страхового возмещения ................................................... 355 
6.2.2.2. Расчетный алгоритм страхового возмещения ......................................................... 360 
6.2.3. Оценки объемов необходимых страховых сумм ........................................................... 362 
6.2.3.1. Оценки постоянных расходов пожарного подразделения ..................................... 362 
6.2.3.2. Оценка переменных расходов пожарного подразделения ..................................... 364 
6.2.3.3. Оценка потерь от ложных вызовов ........................................................................... 368 
6.2.3.4. Оценка «рентабельности» выездов нарядов ППС на вызовы ................................ 368 
6.2.3.5. Лизинг как вариант государственно-частного партнерства в системе МЧС........ 369 
6.2.3.6. Аутсорсинг при ликвидации пожаров ...................................................................... 371 
6.2.3.7. Общая структура издержек на обслуживание вызовов .......................................... 373 
6.2.3.8. Сценарии использования страховых средств .......................................................... 374 
6.2.4. Обсуждение страховой модели ........................................................................................ 377 
Выводы по главе 6 .......................................................................................................................... 378 

Заключение.......................................................................................................................................... 380 

Список сокращений ............................................................................................................................ 382 

Литература .......................................................................................................................................... 385 

Приложение 1. Статистические данные о пожарах ........................................................................ 410 

Приложение 2. Алгоритмы и методы экспертного оценивания .................................................... 421 

Приложение 3. Тесты для оценивания готовности ......................................................................... 432 

Приложение 4. Методы свертки векторных показателей в СВК ................................................... 444 

Приложение 5. Алгоритмы решения обратной задачи линейного программирования .............. 451 

Приложение 6. Метод игровых итераций ........................................................................................ 464 

Приложение 7. Рекуррентный алгоритм МНК-оценивания ........................................................... 474 
 
 

Введение 

В приоритетных направлениях развития науки, техники и технологий в МЧС РФ, 
определенных на перспективу до 2030 года, к числу основных отнесены: совершенствование 
организации обеспечения безопасности, развитие автоматизированных систем поддержки 
принятия решений в РСЧС, развитие цифровых технологий, разработка и внедрение новых 
образцов аварийно-спасательной техники, 
оборудования, 
робототехники, 
беспилотных 
авиационных систем и технологий. Многие из этих направлений, в той или иной степени, нашли 
отражение в данном исследовании.   
В современных условиях имеет место рост сложности задач управления в чрезвычайных 
ситуациях (ЧС). Значимый вклад в эту тенденцию вносят такие факторы, как рост сложности 
технологических объектов территориальной и экономической инфраструктуры; рост площади и 
плотности застройки городских и сельских поселений; рост количества потенциально опасных 
факторов – причин техногенных аварий; появление новых материалов, придающих 
непредсказуемые свойства пожарной нагрузке; рост потока данных и, как следствие, растет 
информационная нагрузка на лиц, управляющих ликвидацией ЧС; ужесточаются нормативные 
показатели ликвидации ЧС. 
Статистические данные о пожарах свидетельствуют о все еще высоком уровне ущерба, 
наносимого гражданам, предприятиям и экологии. Сравнение с другими странами показывает, 
что у МЧС РФ еще есть потенциал повышения эффективности реагирования при ликвидации 
пожаров и ЧС.  
Развитие 
инфокоммуникационных 
технологий 
и 
методов 
математического 
моделирования открывает новые возможности для оперативных служб МЧС при ликвидации ЧС, 
в частности за счет повышения оперативности получения необходимой информации о ЧС, 
высокой скорости обработки больших объемов данных (практически в реальном времени), 
построения гибких и информативных интерфейсов для систем поддержки принятия 
управленческих решений и др. 
Анализ статистических данных показывает, что ресурсов системы реагирования МЧС 
оказывается недостаточно в случаях повышенной плотности вызовов, что приводит к снижению 
эффективности реагирования и, как следствие, к увеличению ущерба, наносимого пожарами. Это 
и другие свидетельства указывают на то, что в настоящее время в системе МЧС существует ряд 
противоречий, порождающих некоторые проблемы, в частности, следующие. 
При острой потребности в максимально полной информации о текущем состоянии 
объекта ЧС, в условиях острого дефицита времени у оперативных руководителей ликвидацией 
пожаров и ЧС в недостаточной степени используются последние достижения в области 
инфокоммуникационных технологий, в частности, методы искусственного интеллекта, которые 
могли бы повысить эффективность систем поддержки принятия управленческих решений в 
РСЧС. Данные методы позволяют организовать более гибкое, адаптивное управление 
распределением сил и средств в зависимости от обстановки, отойдя от существующей практики 
детерминированного расписания выездов. Кроме того, современные методы машинного 
обучения, основанные на использовании искусственных нейронных сетей и других алгоритмов, 
позволяют накапливать позитивный опыт принятия решений, который мог бы быть использован 
в человеко-машинном режиме в системах как оперативного управления в РСЧС, так и при 
обучении персонала. 
Традиционная система обеспечения новой, а также инновационной техникой и 
оборудованием, в силу ее высокой инерционности и централизации, не позволяет организовать 
быстрое внедрение изделий  в практику ликвидации пожаров и ЧС и управления этими 
процессами. Российская и общемировая практика внедрения новых образцов, технологий и 
методов управления, в частности, в промышленности, заключается, в том числе в создании 
стартапов, как отдельных, очень мобильных структур, способных принять на себя многие риски 
и вывести на внедрение новые образцы техники и технологии. Роль подобных стартапов в сфере 
МЧС могли бы сыграть небольшие коммерческие структуры, взявшие на себя функции 

внедрения в практику новых образцов и технологий ликвидации пожаров и ЧС. 
Многие проблемы отрасли (МЧС) имеют финансовые корни. И в большей части это 
обусловлено тем, что МЧС находится на полным государственном обеспечении. Это делает 
очень инерционной систему отклика на текущие вызовы времени и новые возможности. В то 
время как есть прежний российский опыт и опыт других стран диверсификации финансирования 
противопожарной службы, в частности, путем привлечения страховых механизмов.  
Существующая на сегодня практика возмещения ущерба, нанесенного пожарами и 
чрезвычайными ситуациями, только за государственный счет, ставит разные по уровню 
состоятельности слои населения в неравные условия и создает для государства дополнительное 
обременение - возмещение ущерба. Страховые технологии могли бы устранить часть 
противоречий и в этой сфере. 
Одна из важных проблем современного состояния противопожарных служб состоит в 
недостаточно высоком уровне готовности пожарной автотехники и оборудования, но, с другой 
стороны, в экономической практике накоплен достаточно большой опыт и существуют широко 
применяемые в различных отраслях технологии финансового и операционного менеджмента, 
такие, например, как лизинг и аутсорсинг.     
В настоящее время, как отмечалось на разных уровнях государственного управления, 
существует проблема укомплектованности штата пожарных подразделений. В большой степени 
это обусловлено низким уровнем денежного довольствия сотрудников. Эта проблема также 
могла бы быть снята, в той или иной степени полноты, на пути привлечения страховых 
технологий.  
Еще одно направление, получившее развитие в отечественной и зарубежной практике в 
различных отраслях экономики, это управление рисками. Построение систем внутреннего 
контроля и мониторинга позволяет часто использовать принципы превентивного (проактивного) 
управления (управления по возмущениям), в отличие от традиционного управления по 
отклонениям конечных показателей от нормативных значений. Поэтому технологии управления 
рисками дают возможность дополнительного повышения эффективности реагирования при 
ликвидации пожаров и ЧС. 
Тема исследования направлена на получение оценок и построение конструктивных 
моделей и методов, позволяющих в той или иной мере разрешить приведенные проблемы и 
противоречия, относящиеся к приоритетным направлениям развития науки, техники и 
технологий в МЧС РФ.   
В трудах ряда отечественных и зарубежных ученых заложены теоретические и 
методические основы, послужившие базой для выполненных в данной работе исследований и 
полученных решений.  
Среди них следует выделить работы в области планирования, оперативного и адаптивного 
управления, принятия решений и выбора вариантов в организационных и экономических 
системах таких авторов как К.А. Багриновский, В.З. Беленький, А.Н. Борисов, В.Н. Бурков, Н.Н. 
Воробьев, Ю.Б. Гермейер, В.М. Глушков, В.И. Данилин, М. Де Гроот, Л.В. Канторович, Л.Г. 
Лабскер, О.И. Ларичев, Б.Г. Литвак, Б.Г. Миркин, Н.Н. Моисеев, А.В. Назин, А.Б. Петровский, 
В.В. Подиновский, А.С. Позняк, Б.Т. Поляк, Г.С. Поспелов, Я.З. Цыпкин, Р. Акофф, С. Бир, Л. 
Заде, Р. Кини, Дж. фон Нейман, Т. Оно, Г. Оуэн, Г. Райфа, У.Р. Эшби и др.    
Идеи представления знаний, обучения, моделирования поведения лиц, принимающих 
решения, и экспертного оценивания в человеко-машинных и робототехнических системах нашли 
свое развитие в работах таких ученых как А.Р. Бахтизин, А.В. Борщев, Н.П. Бусленко, К.В. 
Воронцов, Л.Г. Евланов, А.А. Емельянов, А.А. Жданов, В.А. Ириков, И.А. Каляев, Ю.Г. Карпов, 
Г.Б. Клейнер, В.Л. Макаров, Б.З. Мильнер, В.Е. Павловский, Д.А. Поспелов, А.С. Ющенко, Р. 
Буш, Д. Канеман, М. Месарович, Д. Джарротано, У. Моррис, Ф. Мостеллер, К. Нейлор, П. 
Норвиг, С. Рассел, Ф. Розенблатт, Т. Саати, Г. Саймон, Дж. Форрестер и другие.   
Важные инструментальные средства, способствовавшие решению рассматриваемых в 
данном исследовании проблемы, в области таких статистических направлений как оценивание, 
идентификация, эконометрика, представление риска и планирование эксперимента развиты в 

трудах таких ученых как С.А. Айвазян, Е.С. Вентцель, Л.В. Колосов, Г.К. Круг, Ю.П. Лукашин, 
В.В. Налимов, А.И. Орлов, В.В. Федоров, М. Аоки, Р. Калман, Р. Ли, Дж. Медич, Ф. Найт, Дж. 
Себер, Э. Сейдж, Д. Тьюки, Д. Химмельблау и др. 
Большой вклад в развитие прикладных аспектов использования математического 
инструментария в области моделирования, управления силами и средствами при ликвидации 
чрезвычайных ситуаций внесли такие ученые как Н.Н. Брушлинский, С.Ю. Бутузов, А.Н. 
Денисов, В.М. Климовцов, Ю.И. Коломиец, В.А. Ловчиков, А.В. Матюшин, Е.А. Мешалкин, В.А. 
Минаев, А.А. Порошин, Ю.В. Прус, В.А. Седнев В.Л. Семиков, С.В. Соколов, Д.В. Тараканов, 
А.А. Таранцев, Н.Г. Топольский, С.Г. Цариченко, А.Л. Холостов и другие. На полученных ими 
результатах во многом основано и настоящее исследование.   
Несмотря на значительный объем научных исследований, выполненных в области 
поддержки принятия решений и выбора вариантов в различных сферах экономики, техники и 
управления пожарной безопасностью, в том числе, все еще не сформирована целостная система 
научного знания в области построения эффективных механизмов принятия оперативных 
управленческих решений в информационной среде современной системы управления 
ликвидацией пожаров и ЧС.   
Отличительной особенностью данного исследования является то, что модели и алгоритмы 
принятия решений основываются на опыте лиц, принимающих решения при оперативном 
управлении ликвидацией пожаров и ЧС, что позволяет строить адаптивные схемы управления, 
обеспечивающие согласованное взаимодействие быстропротекающих при пожарах и ЧС 
процессов с ограниченной и низкой пропускной способностью лиц, управляющих их 
ликвидацией.  
Важными особенностями работы является и то, что, в отличие от традиционных, 
предложены подходы и методы риск-ориентированного управления процессами ликвидации 
пожаров и ЧС, а также страховые технологии возмещения ущерба и материально-технического 
обеспечения пожарных подразделений в сочетании с механизмами лизинга и аутсорсинга.   
Цель данного исследования заключается в повышении эффективности управленческих 
решений, принимаемых должностными лицами органов управления МЧС, на основе обучаемых 
оптимизационных моделей, обеспечивающих накопление боевого опыта специалистов и 
последующего его использования при планировании и оперативном управлении боевыми 
действиями с учетом факторов риска. 
В соответствии с целью исследования в работе поставлены и решены следующие задачи. 
1. Анализ особенностей, противоречий и организационно-технических проблем 
поддержки принятия управленческих решений в информационной среде систем оперативного 
управления и организации в МЧС. 
2. Анализ математических моделей принятия управленческих решений, наиболее 
адекватных горизонту оперативного управления силами и средствами ликвидации пожаров и ЧС. 
3. Разработка принципов и методических основ эффективного согласованного человеко-
машинного оперативного управления ликвидацией пожаров и ЧС. 
4. Развитие методов выявления и представления реальных критериев ЛПР в 
повторяющихся процедурах формирования управленческих решений при ликвидации пожаров и 
ЧС. 
5. Формализация влияния степени риска в решениях ЛПР и его персональных 
характеристик на качество выбора управленческих решений и разработка методов их учета в 
практике мониторинга и управления ликвидацией пожаров и ЧС. 
6. Моделирование, апробация и применение разработанных концепций, методов, моделей 
и алгоритмов в практике оперативного управления ликвидацией пожаров и ЧС. 
7. Анализ и оценивание возможности применения технологий страхования для 
возмещения ущерба от пожаров и материально-технического обеспечения пожарных 
подразделений. 
 

Глава 1. Методы и технологии поддержки принятия решений при 
управлении силами и средствами в чрезвычайных ситуациях 

1.1. Проблемы и задачи управлении ликвидацией пожаров и ЧС в РСЧС 

1.1.1. Структура управления РСЧС 

Российская 
единая 
государственная 
система 
предупреждения 
и 
ликвидации 
чрезвычайных ситуаций (РСЧС) имеет иерархическую вертикально интегрированную структуру, 
включающую федеральный, региональный, муниципальный и объектовый уровни [61, 250].  

 
Рисунок 1.1 - Состав уровней управления РСЧС 
 
На всех уровнях имеются соответствующие управляющие органы, так на двух верхних - 
центры управления в кризисных ситуациях (ЦУКС), на двух нижних - дежурно-диспетчерские 
службы (ДДС). Все уровни охвачены автоматизированной информационно-управляющей 
системой (АИУС), обеспечивающей оперативный обмен сообщениями и приказами лиц, 
принимающих решения (ЛПР). В зависимости от возникающих задач и благодаря иерархической 
организации в случае необходимости могут быть использованы ресурсы всей системы РСЧС. 
Чем ниже уровень иерархии управления, тем выше динамика протекающих процессов и 
принимаемых решений. Фактор времени играет существенную роль в процессах управления на 
нижнем уровне. Поэтому актуальной является задача обеспечения высокой эффективности 
реагирования на возникающие чрезвычайные ситуации (ЧС) в условиях острого дефицита 
времени.  
К сфере ответственности РСЧС относятся разнообразные ЧС [250, 376, 394]: поиск и 
спасение людей на суше и на море; предупреждение и ликвидация аварий и катастроф различной 
природы; тушение пожаров различной природы и др.  
Эффективность функционирования РСЧС характеризуется множеством показателей [15, 
16, 56, 60, 106, 123, 124, 133, 136, 146, 184, 185, 199, 233, 293, 294, 295, 338, 350, 362, 363, 369, 
376, 400], основные из которых отражают величину ущерба, причиненного различными видами 
пожаров и других стихийных бедствий. Важной их частью является количество погибших и 
пострадавших людей, а также величина прямого материального ущерба. Эти три показателя и 
составляют основную группу индикаторов, отражающих эффективность тех или иных 
мероприятий и/или принимаемых решений на разных уровнях управления в РСЧС. Стремлением 
руководства МЧС РФ является минимизировать эти и другие виды ущерба [376], в идеале, доведя 
их значения до нуля, хотя очевидно, что нулевой ущерб – это лишь идеальная точка в 
многомерном пространстве целевых показателей, к которой следует стремиться, применяя 
разнообразные проектные решения и принимая эффективные решения на всех уровнях 
управления.  
В связи с тем, что реальная потребительская эффективность носит, как правило, технико-
экономический характер, помимо минимизации различных видов ущерба важно учитывать и ту 

цену, которую приходится платить за достижение желаемых значений показателей ущерба. Так, 
например, один из важных видов ущерба – это один из косвенных видов ущерба, обусловленный 
выплатой страховых вознаграждений по договорам страхования имущества и жизней граждан от 
стихийных бедствий, в том числе от пожаров. В настоящее время система страхового возмещения 
ущерба устроена так, что все выплаты производятся из госбюджета вне зависимости от уровня 
дохода собственников имущества или родственников пострадавших, т.е. от его степени 
нуждаемости в этих компенсациях. И хотя вопрос о том, кому и в каком объеме компенсировать 
ущерб, выходит за рамки чисто математических расчетов, он не теряет своей актуальности и в 
разных странах решается по-разному (в данной работе ему тоже уделено некоторое внимание). 
Кроме бремени компенсации ущерба, госбюджет России, в рамках существующего 
порядка, полностью покрывает все расходы по обеспечению пожарной и прочей техникой, 
расходными материалами, довольствием и несет все прочие расходы по поддержанию в полной 
боевой готовности силы и средства (СиС) МЧС России. Но такая практика существует далеко не 
во всех странах, да и в России были периоды с иными формами организации защиты населения 
от воздействия чрезвычайных ситуаций.  
Одно из направлений реорганизации служб экстренного реагирования заключается в том, 
чтобы оснастить пожарные части более современным (инновационным) и менее дорогим 
оборудованием. В этой связи возникает вопрос: а надо ли эту технику вообще покупать?  Может 
быть выгоднее брать ее в лизинг? Или может быть некоторые виды работ передать на аутсорсинг? 
А может быть организовать работу МЧС или отдельных его направлений, с полным 
финансированием на страховой основе? Тогда страховщик будет иметь прямой интерес в том, 
чтобы оснащать пожарные части самым современным и эффективным оборудованием. При этом 
неизбежно возникает вопрос: какими должны быть размеры страховых премий, будут ли они 
подъемными для страхователей различных социальных групп? 
Поэтому в обществе и научном сообществе время от времени возникают дискуссии на 
предмет того, а правильно ли организована работа и рационально ли устроено МЧС России.  
Вопросы производительности труда, как и в других отраслях экономики России 
(находящейся за 30-м местом в мире [249]), в МЧС весьма актуальны, а это напрямую связано с 
уровнем подготовки кадров, с поддержанием их квалификации на высоком уровне. А это значит, 
что задачи подготовки кадров по-прежнему очень актуальны и в работе им тоже уделено 
внимание в контексте применения СППР (и экспертных систем) не только для управления 
процессами ликвидации пожаров и ЧС, но и для обучения персонала. 
Некоторые технико-экономические оценки вариантов организации и управления 
ликвидацией пожаров также  выполнены в данной работе. 
Особенности и проблемы управления в РСЧС 
Исследования, представленные в данной работе, основаны на анализе проблем и 
процессов управления силами и средствами пожарных подразделений при тушении пожаров с 
акцентом на процессы управления в условиях острого дефицита времени. Эти процессы, как 
правило, протекают в двух нижних уровнях иерархической системы управления МЧС (рис. 1.1), 
в которых межуровневое взаимодействие (команды сверху вниз) заключается в выделении 
ресурсов (подразделений пожарной охраны, специальных технических средств и материалов), 
снизу-вверх – доклады о состоянии тушения пожара и запросы о дополнительных ресурсах. Эти 
процессы, как правило, относят [370] к оперативному горизонту планирования и управления, где 
время реакции на возникающую ситуацию, требующую принятия решений (СТПР), измеряется 
от секунд до единиц минут, что определяется высокой скоростью протекающих процессов.       
На нижнем уровне иерархии управления, где в качестве ЛПР выступает руководитель 
тушения пожара (РТП), многие действия и типовые процедуры регламентированы [290, 376, 394], 
например, где располагать автоцистерны, куда подавать стволы и сколько, когда применять воду, 
а когда пену, и т.п. Однако, не все действия РТП могут быть регламентированы и тогда решения 
принимаются руководителем, опираясь на персональный опыт и на текущие сведения об 
обстановке, поступающие по каналам связи от групп разведки или из других источников. В ряде 
случаев создается штаб тушения пожара [370], как совещательный орган, но окончательные 

решения и ответственность остается за РТП.   
В последнее время, в связи с бурным развитием информационно-коммуникационных и 
программно-технических средств, а также комплектованием современными гаджетами не только 
рабочих мест ЛПР всех уровней управления РСЧС, но и исполнителей различных пожарных 
специальностей, информационные потоки в АИУС существенно возросли. Эти обстоятельства, с 
одной стороны, создают потенциал для принятия более обоснованных решений, а с другой 
стороны, в условиях острого дефицита времени и ограниченных возможностей человека по 
восприятию поступающего потока данных [200, 217] не позволяют эффективно воспринимать 
неструктурированную информацию. Т.е. нарушается один из принципов автоматизации, 
выдвинутый еще В.М. Глушковым [147, 148, 149], который утверждает, что в человеко-
машинных системах пропускная способность человека должна соответствовать (быть сопряжена, 
согласована) интенсивности поступающих данных, иначе (при превышении интенсивности) 
система будет функционировать неэффективно. Сопряженность должна быть предметом 
постоянного мониторинга, а в случае ее нарушения, должны меняться либо характеристики 
потока, либо характеристики человека как прибора, этот поток обрабатывающего.    

1.1.2. Факторы ликвидации пожаров 

Виды боевых действий (БД) при ликвидации пожаров включают в себя несколько 
действий [370], часть из которых повторяется в каждом пожаре, а часть – лишь в некоторых 
случаях. В число повторяющихся входят: прием и обработка вызова о пожаре, выезд одного или 
нескольких отделений и следование их к месту вызова, разведка обстановки на пожаре, боевое 
развертывание сил и средств, подача огнетушащих средств, действия на пожаре по устранению 
очагов горения и его последствий, сбор и возвращение в пожарную часть. В числе действий, 
которые могут иметь место не в каждом пожаре (,  т.к. в некоторых случаях в этом нет 
необходимости): действия, направленные на спасание людей и животных, сохранение 
материальных ценностей, выполнение работ их по защите или предупреждению от обрушения 
конструкций, управление потоками дыма и т. п.). Всеми видами боевых действий на пожаре 
управляет РТП. Вариант классификации факторов и/или параметров, влияющих на процедуры 
принятия решений, приведены на рис. 1.2. 

 
Рисунок 1.2 - Группы факторов, влияющих на принимаемые решения 
 
К конструктивно-планировочным факторам относятся: 
 Габариты объекта. 
 Этажность. 
 Состав помещений. 
 Материал конструкций. 
 Огнестойкость конструкций. 
 Противопожарные преграды. 
 Пути эвакуации людей. 
 Противодымовая защита. 
 Вентиляция в зданиях и сооружениях. 
 Места отключения электричества. 
 Состояние дорог и подъездных путей. 
 Плотность застройки. 
 И другие 
К технологическим факторам на объекте ликвидации пожара относятся: 
 Пожарная нагрузка. 

 Пожароопасные места. 
 Вещества и материалы в зоне пожара. 
 Категория пожаровзрывоопасности. 
 И другие. 
К факторам противопожарного водоснабжения относятся: 
 Места пожарных кранов. 
 Расстояние от пожарных гидрантов до места пожара. 
 Наличие других водоисточников. 
 Давление воды. 
 Расход воды. 
 Количество пожарных кранов. 
 И другие. 
К факторам, отражающим характеристики сил и средств относятся: 
 Численность личного состава (ЛС). 
 Уровень профессиональной подготовки ЛС. 
 Количество отделений (на стандартных и специализированных автомобилях). 
 Качество пожарной техники. 
 Боеготовность. 
 Боеспособность. 
 Дислокация пожарно-спасательных частей. 
 И другие. 
К факторам (часть из них - показатели) оперативного реагирования относятся: 
 Время прибытия (первого и других отделений на пожар).  
 Время подачи первого ствола. 
 Продолжительность свободного горения. 
 Продолжительность локализации пожара. 
 Продолжительность ликвидации открытого горения. 
 Продолжительность ликвидации очагов горения.  
 Продолжительность ликвидации аварий и других последствий пожара.  
 Состав и количество средств ликвидации пожара. 
 Способы и методы борьбы с пожаром. 
 И другие. 
К факторам общей группы относятся: 
 Связь. 
 Сигнализация. 
 Стационарные средства тушения. 
 Расписание выезда пожарных подразделений на пожары. 
 Форма пожара. 
 Площадь пожара. 
 Огнетушащие вещества. 
 Количество и состав сил и средств. 
 Количество и распределение людей в зоне пожара. 
 И другие. 
Часть этих факторов носит статический характер, а часть – динамический и/или 
нестационарный (выделено курсивом), которые могут изменять свои значения со временем и/или 
по мере развития пожара, что может приводить к необходимости повторно (в новых условиях) 
принимать решения. 
Всевозможные сочетания значений различных факторов на пожаре определяют текущую 
оперативную обстановку [290, 370] (как вектор значений факторов), которая и является 
исходной базой для задач принятия решений. 
Состав комплекса задач принятия решений на пожаре зависит от масштабов и параметров 
пожара. так для незначительных пожаров структура системы управления (рис. 1.3) содержит