Сергей Митакович: «Ни один документ не способен описать все варианты ЧС, а цифровой двойник может»

Вчера в 07:56

© генеральный директор компании «ИНТРО-ГИС» Сергей Митакович

Каскадное развитие аварий и эффект «домино» – главные угрозы для объектов промышленности и ТЭК. Традиционные бумажные реестры и статичные схемы не успевают за динамикой современных рисков, уступая место геоинформационным системам и цифровым двойникам. Они позволяют моделировать сценарии ЧС, интегрировать данные с IoT-датчиков и переводить управление безопасностью в превентивное русло. В интервью журналу RUБЕЖ генеральный директор компании «ИНТРО-ГИС» Сергей Митакович рассказал, как пространственный анализ помогает предотвращать техногенные катастрофы, чем отечественные ГИС-платформы заменяют зарубежные аналоги и как искусственный интеллект меняет подход к мониторингу экологических и природных угроз.

Вызовы и роль ГИС в управлении рисками ТЭК и промышленности

— Какие сценарии природных и техногенных ЧС сегодня несут наибольшие риски для объектов промышленности и ТЭК и как ГИС-мониторинг помогает перевести управление ими из реактивного в превентивное русло?

С. Митакович: Для объектов промышленности и ТЭК наибольшие угрозы связаны не столько конкретными видами природных и техногенных ЧС, сколько их сочетанием или каскадным развитием. Это так называемый эффект «домино», когда один вид ЧС цепляет за собой следующий вид и так далее. Например, разлив нефти с возгоранием, далее перегрев резервуара со взрывом или разгерметизация оборудования с химическим заражением. Другим примером может быть интенсивные русловые процессы, приводящие к оголению подводного трубопровода, как следствие, разлив нефти.

В связи с этим важно иметь инструменты, которые позволяют мониторить и моделировать сценарии ЧС, включая оценку последствий. Эти инструменты должны быть интегрированы или функционально встроены в единую среду с тем, чтобы результаты одного из этапов цепочки анализа сразу же стали исходными данными для проведение следующего этапа.

Ну а поскольку мы говорим о процессах и явлениях, которые имеют ярко выраженный пространственно-временной аспект, то геоинформационные системы (ГИС) становятся в этом плане обязательным компонентом в системе промышленной безопасности. С их помощью мы можем вести реестр объектов со всеми необходимыми характеристиками, получать и обрабатывать текущие и прогнозные данные дистанционного мониторинга (космические снимки, БПЛА, интернет вещей, метеоагрегаторы и т.п.), проводить расчет зон поражения для различных видов ЧС, оценивать последствия и решать задачи по локализации и ликвидации. И многие из этих процессов анализа уже решаются полностью в автоматическом режиме. Ярким примером является сбор тепловых аномалий по космоснимкам, определение реальных очагов природных пожаров, моделирование распространения пожара с учетом текущих и прогнозных метеоданных на несколько суток вперед и определение объектов инфраструктуры, попадающих в опасную зону.

— Насколько создание цифровых двойников опасных производственных объектов повышает точность оценки промышленной безопасности по сравнению с традиционными бумажными реестрами и статичными схемами?

С. Митакович: Существенная разница, поскольку наличие актуального цифрового двойника с инструментами, о которых мы уже говорили, предоставляют динамическую цифровую модель объекта с регулярным обновлением данных. Соответственно, мы получаем набор преимуществ не только в плане точности оценки, но и возможности всестороннего анализа, оперативного решения задач, удобства применения, чего традиционные документы не позволяют в принципе.

Здесь я бы дополнительно отметил еще экономический аспект со стороны промышленных объектов. Дело в том, что для промышленных предприятий существует целый набор обязательных документов промышленной безопасности. В зависимости от типа объекта это может быть паспорт безопасности, декларация безопасности, план ликвидации аварийных ситуаций, план ликвидации аварийных разливов нефти и другие. Как правило, эти документы актуализируются раз в 5 лет и зачастую разрабатываются подрядными организациями. И проблема в том, что документы во многом дублируют друг друга. В результате каждый раз предприятие заново занимается сбором данных, тратит время и финансы на их разработку, а получает в итоге некий документ, который, будем откровенны, или используется крайне редко или вообще не используется.

При наличии цифрового двойника на базе ГИС все данные, такие как генплан, прилегающая территория, результаты расчетов ЧС, результаты оценки риска и т.п. уже собраны воедино в унифицированном виде. Разработка любого документа согласно нормативным требованиям становится больше оформительской задачей, чем аналитической, что позволяет существенно сэкономить. Но что важнее, ни один документ не способен описать все варианты ЧС, а цифровой двойник может.

— С какими основными организационными или техническими барьерами сталкиваются предприятия при внедрении пространственного анализа для прогнозирования аварий?

С. Митакович: Для крупных промышленных предприятий, прежде всего, это выбор самой платформы. Необходимость использования ГИС для таких предприятий очевидна, но решение о внедрении затягивается буквально на несколько лет. Слишком велика цена ошибки. Да, перенести данные из одной системы в другую не столь трудоемкая и затратная задача. Гораздо сложнее перенести реализованные в ГИС бизнес-процессы. А ГИС, как я думаю уже стало понятно, нужны не только в вопросах безопасности, но во всех аспектах функционирования предприятия.

В России в предыдущие десятилетия активно внедрялись зарубежные ГИС, которые в текущих условиях стали не доступны для покупки и технической поддержки. Есть бесплатные open source решения, на которых, казалось бы, можно сэкономить в плане покупки, но и там много рисков (прекращение развития решения, низкая надежность при обработке больших объемов данных, чувствительность к версиям компонент и другие). Но не все так пессимистично. За последние 10 лет в России уже появились серьезные конкурентно-способные решения, а есть и ГИС, которые развиваются уже не один десяток лет.

Если говорить о кадрах, то проблема не столько в их наличии или отсутствии. ГИС специалисты представлены на рынке труда, почти в каждом субъекте Российской Федерации имеются ВУЗы, выпускающие «гисовцев». Проблема больше в том, что руководство до конца не осознает значимость ГИС, поэтому зарплаты ГИС специалиста относительно не большие.

Технологические возможности платформы Интро-ГИС

— Какие именно модули платформы ИНТРО-ГИС отвечают за численное моделирование распространения поражающих факторов: ударной волны, химического заражения или зон затопления?

С. Митакович: Наша компания имеет набор модулей для моделирования природных, техногенных и экологических ЧС. Например, «Техно ЧС (оператор)» позволяет проводить экспресс оценку техногенных ЧС, такие как взрывы, пожары, химическое и радиоактивное заражение. В нем реализовано 17 моделей расчета на основе действующих отечественных и зарубежных нормативных документов и этот перечень расширяется с каждым годом. «Техно ЧС (эксперт)» больше ориентирован на химическое заражение и позволяет в динамике отследить развитие аварии. «Гидро ЧС» и «Природный пожар», как следует из названия, предназначены для расчета зон затопления при паводках и прорывах гидротехнических сооружений и расчета лесных, торфяных (степных, подземных) пожаров. В них реализованы как утвержденные методики, так и результаты научных изысканий. Наибольшей популярностью в последние годы пользуется модуль «Разлив нефти», позволяющий проводить и экспресс анализ и полноценное численное решение распространения нефти на воде и на суше. Более того, в нем также реализованы подсистемы расчета истечения из резервуаров, трубопроводов, расчета сил и средств для локализации и ликвидации разлива, оценки ущерба. Аналогично, модуль комбинирует модели из нормативных документов и научных изысканий. Также можно отметить модуль «Метео», которые собирает и обрабатывает текущие и прогнозные метеоданные. И это не только классические параметры, такие как ветер, температура, облачность и т.п., но и производные продукты, например, индекс пожарной опасности.

Модули представлены в виде «коробочных» решений и могут использоваться как в настольных ГИС, так и в серверных. В последнем случае, проводить расчеты можно с использованием веб приложений с любого компьютера.

Наши модули используются не только в России, но в странах Центральной Азии. В связи с этим в процессе разработки находятся модули для расчета землетрясений, селей, оползней.

— Каким образом система обеспечивает интеграцию с IoT-датчиками, периметровыми системами безопасности и SCADA для выявления аномалий на объекте в режиме реального времени?

С. Митакович: Примеров интеграции много. Это может быть вариант с запросом данных напрямую к датчику или серверу, который хранит результаты замеров. Есть примеры, когда на нашей стороне создается сервис для приема данных. Более архаичные, но также вполне работающие варианты с пересылкой информации по электронной почте.

Сам по себе обмен данными реализовать не сложно, важно, как вы правильно отметили, оперативное реагирование при подозрении на инцидент. Иногда такой анализ «зашивается» в само устройство, например, распознавание номеров автотранспорта, но чаще всего, это автоматический анализ при приеме данных. И вновь ГИС становится уникальным продуктом, поскольку позволяет пространственно комбинировать поступившие данные. В частности, выход объекта за периметр, или наоборот приближение опасного явления к инфраструктурному объекту или движущемуся персоналу, транспорту и т.п.

— От каких исходных данных (цифровая модель рельефа, метеорологические сводки, физико-химические свойства веществ) напрямую зависит точность прогнозов распространения загрязнений или паводков в системе?

С. Митакович: Когда мы говорили про модули, я отмечал, что есть экспресс анализ и численные расчеты. Экспресс анализ основан на простых эмпирических моделях и он, как правило, дает завышенную оценку зон поражения. Но зато очень быстро. Расчеты на обычных компьютерах занимают буквально несколько секунд. Для таких моделей точность прогноза не высока, поэтому к точности исходных данных не предъявляются особые требования.

Если мы говорим о численных моделях, то в них реализованы более сложные алгоритмы, системы уравнений и они более адекватно описывают процесс. Такие расчеты могут выполняться минутами и даже часами. Для них точность исходных данных очень важна, иначе мы получим известную формулу «мусор на входе – мусор на выходе».

Отрадно, что наши партнеры, пользующиеся такими инструментами, это понимают и придают высокое значение. В частности, проводятся полноценные гидрологические изыскания для построения корректной гидродинамической модели рек при моделировании разлива нефти. Все чаще цифровую модель рельефа получают не по топографическим картам или грубым космоснимкам, а по результатам обработки данных с беспилотных летательных аппаратов. Также физико-химические вещества и метеорологические параметры оказывают существенное влияние на развитие аварийного процесса и перед расчетом определяются их значения под конкретные условия, а не какие-то осредненные данные.

Импортозамещение и соответствие нормативной базе РФ

— Как платформа ИНТРО-ГИС обеспечивает технологический суверенитет предприятий и подтверждает свой статус в Едином реестре российского ПО?

С. Митакович: Долгое время наша компания являлась дистрибьютором американской компании Esri и предлагала свои решения на базе ArcGIS. Мы и сейчас продолжаем работать с этой системой для стран Центральной Азии. С учетом изменений в последние годы мы выбрали для себе отечественное решение CoGIS и в данный момент являемся дистрибьюторами новосибирской компании ДатаИст. CoGIS входит в Единый реестр российского ПО и в наших ближайших планах зарегистрировать модули для моделирования ЧС, о которых мы говорили, на базе этой ГИС.

Также хочу отметить, что в рамках некоторых проектов с использованием CoGIS мы публикуем открытые данные для общего пользования. Например, жители и гости Республики Башкортостан могут отслеживать паводковую обстановку на реках или просматривать аттестованные места для летнего купания, возможные сплавы на реках. При этом система успешно справляется с пиковыми нагрузками, когда количество пользователей превышает несколько тысяч.

— Насколько гибко функционал системы адаптируется под актуальные требования федеральных норм и правил и нормативов Росприроднадзора, в частности при автоматизированном формировании паспортов безопасности и планов ликвидации разливов нефти?

С. Митакович: Это, безусловно, зависит от нас, как от разработчиков. Здесь важна правильная архитектура решений, когда модуль создается не под конкретный нормативный документ, а с учетом предметной области и с учетом использования в цепочке анализа, о которой мы говорили в начале. Например, в свое время к нам обратилась одна из дочерних компаний Газпром Трансгаз с предложением реализовать расчеты аварий на газопроводах согласно действующим нормативам в системе Газпром. Модуль «Техно ЧС (оператор)» был спроектирован таким образом, что добавление новых моделей не требовало перестройки ядра модуля. Нам лишь потребовалось реализовать предложенные методы расчета. И это заняло пару рабочих недель. Также мы самостоятельно или по указанию партнеров отслеживанием обновления нормативных документов, которые уже реализованы в составе модулей. Как правило, изменения не столь существенные, поэтому обновление модулей происходит в течение 1-2 рабочих дней.

Еще одним преимуществом наших модулей является возможность формирования специализированных отчетов. Это не просто перечень исходных данных и полученных результатов в текстовом или табличном видах, хотя и такие отчеты имеются. Специализированный отчет – это отчет, в котором приведена вся цепочка расчетов, то есть по каким формулам, в каком порядке были получены промежуточные и финальные результаты. Соответственно, при необходимости легко подтвердить корректность расчетов. Такой отчет можно напрямую скопировать в расчетно-пояснительную записку документа промышленной безопасности.

— Какие механизмы защиты информации и разграничения прав доступа реализованы в ИНТРО-ГИС для безопасной работы с данными критической информационной инфраструктуры?

С. Митакович: В самих ГИС платформах уже реализованы политики безопасности, встроенные или интегрированные с системами управления базами данных или с операционными системами. Нам остается лишь следовать инструкциям и правильно настраивать доступ к данным или приложениям теми инструментами, которые заложены в платформе. Проектов, где нам приходилось дополнять систему доступа, было немного, и они были связаны больше с отслеживанием действий пользователя для разбора при обнаружении ошибок в данных.

Практические результаты и векторы развития

— Можете ли вы привести конкретный кейс внедрения ИНТРО-ГИС на объекте промышленности, где система позволила предотвратить инцидент или сократить время реагирования на ЧС с измеримым экономическим эффектом?

С. Митакович: Да, таких кейсов достаточно много. Ввиду того, что мы не имеем права распространять служебную информацию, я не могу назвать конкретные предприятия.

Одним из примеров можно назвать реконструкцию резервуарного парка, на котором ранее произошла авария, что привело к экологической катастрофе. С использованием модуля «Разлив нефти» были проведены расчеты разлива нефти. Традиционно, обвалование рассчитывается таким образом, чтобы удержать содержимое резервуаров, входящих в каре. Но при квазимгновенном разрушении резервуаров всегда происходит перелив и порядка 30-50% нефтепродукта выливается наружу. Стояла задача не допустить распространения за пределы производственной площадки. С помощью модуля были спроектированы специализированные лотки и дополнительные защитные стенки, проработаны несколько вариантов с варьированием по глубине и высоте, что позволило найти оптимальный вариант. Безусловно, дополнительные защитные меры требуют дополнительных финансов, но разница между этими затратами и ущерба при повторении аварии составляет несколько порядков.

Другим примером может послужить интеграция датчиков от насосов, предназначенных для выкачивания грунтовых вод. На объекте было расположено 6 насосов. С помощью модуля «Гидро ЧС» и «Разлив нефти» (а в нем есть инструменты, которые применимы и для гидрологических задач), были рассчитаны варианты при выходе из строя одного или нескольких насосов. Они показали, что защищаемая пойменная терраса будет затоплена в пределах 1-2 дней. В результате операторы были осведомлены о возможных последствиях, конкретно, местах первичного подтопления. Уже при эксплуатации системы иногда наблюдались аварийные отключения насосов. Соответственно, служба эксплуатации почти мгновенно узнавала об этом и имела четкое представление о вариантах локализации и ликвидации подтоплений.

Еще пример из Центральной Азии. В одном из городов произошла химическая авария. Сотрудники МЧС провели расчет распространения химического заражения, который указывал на часть жилых массивов. В результате население было оперативно эвакуировано. И хотя были пострадавшие, но не было зафиксировано ни одного смертельного случая.

— Как инструменты искусственного интеллекта и машинного обучения применяются в ИНТРО-ГИС для автоматического анализа данных дистанционного зондирования Земли и раннего обнаружения угроз?

С. Митакович: Мы являемся свидетелями бурного развития ИИ и машинного обучения, которые не обходит стороной и ГИС. Уже стандартными инструментами являются модели классификации территории по данным дистанционного зондирования (зоны затопления, топографический анализ и т.п.) или детектирования объектов (люди, автотранспорт, оборудование и другие). Все эти модели уже предобучены и готовые к использованию. В этом плане мы являемся лишь пользователями таких моделей и просто встраиваем в наши рабочие процессы.

В отдельных случаях мы самостоятельно создаем нейросети. В качестве примера нами разработаны нейросети для прогнозирования уровней воды на гидропостах и режима работы гидроузлов на 2 недели вперед.

В последний год все чаще ИИ применяется в комбинации продуктов. Одним из ярких примеров является оценка пожарной безопасности производственных корпусов. Была проведена съемка панорам с беспилотного летательного аппарата и со штатива с земли. Построена BIM модель корпусов. Эти результаты были загружены в среду ИИ. На последнем этапе в среду были загружены нормативные документы по пожарной безопасности и проведено обучение по выявлению нарушений. Процесс съемки и обучения занял 2 недели. В результате была разработана система, которая позволяет выявлять все нарушения и выдавать отчеты с приложенными фактографическими данными, ссылками на требования в соответствующих нормативных документах и рекомендациями по их устранению.

— Какие новые модули или функции для мониторинга экологических и техногенных рисков находятся в разработке с учетом ужесточения требований к промышленной и экологической безопасности в России?

С. Митакович: Мы продолжаем как наращивать перечень моделей для моделирования ЧС в рамках уже разработанных модулей и «беремся» за новые виды ЧС. Но более глобально я бы выделил 2 направления.

Первое направление условно можно назвать «переход в 3D». Это, например, учет не только рельефа, но и застройки при моделировании распространения тяжелого газа. Также расчет волны прорыва при квазимгновенном разрушении резервуара. Такая модель уже реализована, но в двумерном случае, когда нефть или нефтепродукт обязательно касаются земли. К сожалению, она не позволяет рассчитать преграждения в виде наклонных защитных козырьков. Новая 3D модель уже сможет решить эту задачу. Аналогично 3D моделирование требуется при моделировании верховых природных пожаров, когда кроны деревьев могут «передать» огонь, даже если между основанием деревьев находится преграда. Но не всегда для трехмерных моделей можно найти соответствующие исходные данные.

Второе направление связано с созданием интеллектуальных ассистентов, когда из «кирпичиков» в виде компонент по сбору мониторинговых данных, моделей расчета ЧС, прогнозов выстраивается среда, доступная через естественное взаимодействие: управление голосом, текстовые запросы, жесты. В такой среде пользователю уже нет необходимости знания всех «кнопочек и меню». Более того, часть ответов среда будет готовить заранее, исходя из контекста общения. Простыми словами, на вопрос «как происходит распространение пожара и что делать» среда подготовит набор оптимальных вариантов с точки зрения людских, временных, финансовых затрат, а пользователь выберет или скорректирует один из них.

Читайте также: Архитектура и аналитика: как устроена подсистема видеонаблюдения АПК «Безопасный город» в Уфе