простой материал

ЦИКЛ РАСЧЕТА

 EHIPS - система СРЕДА-ЗДОРОВЬЕ


Общая схема

Схема
   Упрощенная схема цикл расчета в системе дана на рисунке. Она состоит из 4 квадратов - моделей, которые задают коэффициенты отклика соответственно (начиная с левого верхнего угла):    В каждой модели происходит преобразование:    Коэффициенты преобразования для моделей извлекаются из внешних источников информации:    Между угловыми квадратами находятся звенья, где происходит не "преобразование", а " распространение" или "распределение" в пространстве, по времени или от когорты к когорте, без изменения сущности рассматриваемых величин. Начиная сверху:    Как правило, расчет звеньев "распространения" или "распределения" требует привлечения соответствующих моделей:    Место ЛПР в этой схеме - выбор одного из вариантов улучшения технологии производства с экологической точки зрения. С точки зрения системы, ЛПР можно в простейшем случае рассматривать как "черный ящик", на который производится воздействие с помощью представляемых ему результатов расчета ожидаемых ущербов для здоровья (с расшифровкой того, чему они обязаны своим происхождением, диапазонами экономической приемлемости тех или иных мер по снижению ущерба и т.д.). Отклик этого "черного ящика" состоит в наблюдаемых системой изменениях загрязнения среды спустя некоторое время. По этим данным система может оценивать реакцию ЛПР и эффективность управления окружающей средой, с точки зрения снижения ущерба здоровью населения.
   Однако ЛПР вовсе не обязан быть "черным ящиком": возможно активное использование им вышеописанного цикла как средства прогноза и/или итеративной оптимизации принимаемых решений с учетом наличия многих заинтересованных сторон и многих критериев оценки решений. Кроме того, при отсутствии каких-либо необходимых данных, например об ожидаемом эффекте и стоимости альтернативных технологий, в компетенцию ЛПР может входить инициация работ по получению этих данных, например по составлению проекта очистки.
   Ниже более подробно описана последовательность обработки информации в рассматриваемом цикле и варианты взаимодействия ЛПР с ним.
В начало

Этапы

Этап 1: технологии производства и выбросы загрязнителей

   Эта модель представляет расчетные соотношения, описывающие экологический аспект технологий производства. На входе - набор используемых и альтернативных технологий, на выходе - суммарный объем выбросов по каждому типу загрязнителя (абсолютные объемы выбросов или объемы, приходящиеся на единицу произведенной продукции). В простейшем случае каждая технология дает только один тип выброса, но подход применим и когда спектры выбросов разных технологий перекрываются. Если имеются прямые измерения концентраций загрязнителей в выбросе, модельные пропорции используются для расчета ожидаемых концентраций при изменении технологии.
   При расчете для регионального или федерального уровня в роли технологий могут выступать отрасли промышленности. В роли альтернативных технологий могут выступать ожидаемые возможные реакции каждой отрасли, скажем, на ужесточение экологического нормативного законодательства или на иные подобные меры управляющего воздействия. Необходимая информация в этом случае - ожидаемое относительное снижение выбросов по каждому загрязнителю как отклик на ту или иную меру.
   Информация о выбросах предполагается сосредоточенной в одной точке по пространству ("труба") и времени. Поэтому никакого расщепления информационных потоков, подобного тому, что происходит на следующем этапе, здесь нет.
В начало

Этап 2: распространение загрязнителей в средах

   Это звено - место подключения данных прямого измерения концентраций загрязнителей к результатам модельного расчета распространения выбросов. В случае, когда имеется и то и другое, результаты сравнения могут быть использованы либо для очистки данных измерений (например, для обнаружения ошибок, резко рассогласующихся с моделью), либо для коррекции модели. Данные по концентрациям загрязнителей служат входом для модельного расчета средней индивидуальной дозы на следующем этапе.
   В этой точке экспозиции населения по отношению к загрязнителям делятся на бытовые и профессиональные. И по первым, и, особенно, по вторым существует большой массив потенциально полезных данных эпидемиологических исследований по типичным экспозициям для разных когорт и разных условий. К сожалению, как правило, использование таких данных требует их экстраполяции в новые условия, например на другую территорию, что требует разработки специальной корректирующей модели. Для таких моделей, как правило, нет необходимых количественных данных, однако есть большой опыт экспертов, выражаемый в виде аналогий и других качественных суждений.
   В этом звене происходит расщепление результатов расчета по нескольким "координатам":    Следует заметить, что при использовании данной схемы на регионально-популяционном уровне возможны два подхода к расчету распространения загрязнителей. Первый использует многоуровневую модель, в которой локальные загрязнения рассчитываются более или менее корректно и потом усредняются по территории. Этот подход требует большого объема и высокого качества исходных данных. Другой подход связывает концентрации и полученную дозу только с типом населенного пункта и объемом выброса и усредняет результат по региону, т.е., по существу, не рассчитывает распространения как такового.
В начало

Этап 3: реакция организма на загрязнители: риск заболевания

   Эта модель содержит информацию об отклике организма на получаемую дозу по каждому типу загрязнения. Представляются отклики двух типов. Для канцерогенов задан выведенный из опытов на животных коэффициент, связывающий риск того или иного заболевания с полученной дозой того или иного загрязнителя. Эти данные можно затем напрямую использовать для вычисления ожидаемого числа заболевших. Для неканцерогенов предполагается пороговая модель отклика, при которой дозы ниже ПДК заведомо не вызывают заболевания, а риск, связанный с превышением ПДК, характеризует вероятность заболеть лишь косвенно и не может быть использован для прямого расчета ожидаемого числа заболевших. Эти два типа отклика на загрязнение, т.о., несопоставимы и идут далее параллельными потоками, сливаясь только на стадии вычисления общего показателя состояния здоровья населения. В модели учтен как канцерогенный, так и неканцерогенный эффект одного и того же вещества. В случае, когда одно и то же заболевание может вызываться разными загрязнителями, для эффективности мер по снижению риска необходимо "разделение ответственности" за болезни между отдельными загрязнителями, а затем и отдельными источниками выброса. Это возможно в режиме обратной задачи, где направление передачи информации по циклу инвертируется.
В начало

Этап 4: проявление риска в виде заболеваемости и смертности

   Этот звено дает информацию о частоте вызываемых загрязнителями заболеваний на одной из территорий. Сюда могут подключаться либо напрямую данные медицинской статистики (с вычетом фоновой заболеваемости), либо результаты расчетов на основе рассчитанных ранее рисков, использующие модели развития заболевания. Эти данные используются для расчета ожидаемого абсолютного числа заболеваний, смертей или других медицинских показателей, служащих входными для последующих этапов расчета.
   В результате демографической динамики заболеваемость, рассчитанная по рискам, перераспределяется по времени (в т.ч. за счет лага заболевания), возрастным когортам, территориям (миграции), так что фактическое число заболевших внутри любой из этих категорий не прямо пропорционально рассчитанным для нее рискам. Математические демографические модели отражают эти процессы не полностью, и здесь важно привлечение экспертных знаний о реально имеющихся каналах перераспределения.
   При работе на региональном уровне процессы пространственного перераспределения можно не учитывать (за исключением межрегиональной миграции, если она существенна). Учет временных процессов и перераспределения по когортам ничем не отличается от локального случая, т.к. не основан на каких-либо специфических популяционных моделях, относящихся именно к региональному уровню.
В начало

Этап 5: критерии оценки состояния здоровья

   Эта модель содержит весовые коэффициенты, отражающие важность тех или иных показателей заболеваемости, взятых в абсолютных единицах (например, число заболевших) для общей оценки состояния здоровья населения. В зависимости от избранного критерия оценки, коэффициенты могут быть разными, например раковые заболевания могут быть значительно весомее нераковых, либо же нет. Например, критерий "трудопотерь" относительно безразличен к состоянию здоровья пенсионеров, а значит и ко всему кругу типичных для этого возраста заболеваний. Выходные данные - некие условные единицы оценки общего состояния здоровья. Как и ранее, предполагается, что весовые коэффициенты одинаковы на всех территориях. Однако это не исключает того, что для разных территорий могут оказаться наиболее значимыми потери, связанные с разными критериями. А это значит, что различные стороны, участвующие в процессе принятия решений, могут руководствоваться разными критериями оценки ситуации. В данном подходе последствия того или иного решения могут быть просчитаны с точки зрения всех представленных в таблице критериев, что дает возможность сбалансировать медицинские последствия решений с экономическими (представленными ниже) таким образом, который приемлем для всех участвующих сторон. В данном примере такими сторонами являются различные территории.
   Следует отметить, что смертность, связанную с конкретной нозологией, естественно рассматривать как "вход" этой таблицы, т.е. как величину одного ранга с заболеваемостью по той же нозологии. Действительно, при известном лаге и динамике развития соответствующей болезни можно заболеваемость пересчитать в ожидаемую смертность по моделям предыдущего этапа. Это не требует объединения разных нозологий или каких-либо критериальных суждений об их сравнительной важности. Полная же смертность, объединенная по всем нозологиям, относится скорее к общим критериям оценки здоровья, т.е. "выходу" таблицы. Она получается из "входных" смертностей суммированием с весовыми коэффициентами, равными единице.
   На этом этапе объединяются информационные потоки, связанные с раковыми и нераковыми заболеваниями и с разными когортами (например, возрастными).
   При работе на региональном и особенно федеральном уровне возникает проблема объединения различных критериев оценки здоровья, используемых для отдельных территорий, в сопоставимые между регионами индексы. (Та же проблема возникла бы, если бы коэффициенты модели были различными для разных территорий.) Наиболее естественно она решается на следующем этапе анализа, где "общим знаменателем" различных критериев служат деньги.
В начало

Этап 6: экономический эквивалент ущерба здоровью

   В этом звене анализа рассчитывается экономический эквивалент ущерба здоровью, измеренного с точки зрения разных критериев. Например, если критерием является число потерянных жизней, то список получается умножением выходных данных предыдущего этапа расчета на "цену жизни" (в принятой в США терминологии). В более сложных случаях, например в случае критерия трудопотерь, данное звено - место подключения соответствующей модели, например экономико - демографической. Перед следующим этапом расчета данные по экономическим эквивалентам ущерба здоровью обрабатываются оптимизационной моделью, которая добавляет к медицинскому критерию оптимизации экономический критерий. Если в качестве последнего берется соотношение эффективность - стоимость, то ясно, что не оптимальны любые меры, которые требуют денег больше, чем дают выигрыша по показателям данного списка. Однако возможен и критерий охраны здоровья "наилучшим технологически возможным способом, сколько бы он ни стоил". При этом заранее ясно, что оптимальным окажется самый дорогой и радикальный способ очистки. Еще одни критерий - снижение потерь здоровья ниже порогового уровня. При этом оптимальным является самый дешевый из методов, сводящих заданную в списке величину потерь к величине ниже порога. "Спаривание" медицинской части критерия с экономической может быть проведено простейшим способом - 1:1-сопоставлением соответственных строк двух таблиц в нижней половине схемы. В реальности более вероятно соединение по типу "все со всеми", причем разные участники - территории могут использовать разные комбинации медицинского и экономического критерия. Подход, представленный на схеме, охватывает и этот случай, при условии применения корректной (и достаточно сложной) оптимизационной модели.
   Более или менее обоснованное присвоение "стоимостей" различным видам ущерба здоровью возможно только в рамках социально-экономической модели, которая позволяет рассчитать, как потери жизней, трудового потенциала и т.д. сказываются на экономическом состоянии популяции. При этом происходит "распределение" ущербов, понесенных отдельными больными на все общество в виде затрат на лечение, снижения выпуска продукции и т.д. Это распределение происходит вдоль временной оси (экономические процессы реагируют на состояние здоровья населения с определенным лагом, будущие потери дисконтируются,...). Поскольку критерии ущерба объединяют все население, процессы распределения ущерба по когортам (например, текущие расходы, связанные с состоянием здоровья пенсионеров, несет более молодая часть населения) здесь не учитываются.
   Надо думать, что в присвоении денежного эквивалента определенным видам ущерба (например, детской смертности), которые мало связаны с моделируемыми процессами материального производства, большую роль будет играть экспертное суждение.
   Как упоминалось выше, на этом этапе происходит объединение информационных потоков, отвечающих разным территориям, в величину полного денежного ущерба. Он служит основой для определения на следующем шаге экономически обоснованных мер. Однако это не значит, что информация об ущербе по отдельным территориям в каком-либо смысле теряется на этом шаге. Наоборот, важное свойство рассматриваемой информационной технологии - то, что возможно "обратное прослеживание" ущербов, снизить которые призваны те или иные меры. При этом возможно определение того, какие загрязнители, источники, болезни ответственны за тот или иной ущерб и насколько рассматриваемые меры их снизят по отдельным территориям, когортам, временным интервалам.
В начало

Этап 7: экономические критерии выбора "чистой" технологии

   В модели представлены стоимости вариантов изменения технологии с указанием степени их оптимальности с точки зрения каждой комбинации "медицинский + экономический критерий". Задача принятия решения сводится, т.о., к чисто качественной - выбору того критерия, исходя из которого оценивается оптимальность решения. Остальное - техника оптимизации. Однако задача выбора критерия (или комбинации критериев) может быть не столь проста, если учесть большое число заинтересованных сторон, которые могут представлять разные территории, группы и т.д., и различие используемых ими критериев. В общем случае, поиск решения, взаимоприемлемого для всех сторон (в данном случае, территорий) требует итераций - многократного опробования разных вариантов решения с последующим круговым просчетом по представленной схеме и оценкой ожидаемых последствий для всех сторон. По существу, это не что иное, как итеративная многокритериальная оптимизация. Каждому конкретному варианту критерия, например "цена - эффективность", соответствует конкретный оптимальный вариант по каждой из представленных технологий. Однако встает вопрос о том, в какой комбинации эти технологии дают наиболее эффективное при той же цене сокращение загрязнений. Это предмет следующего этапа анализа.
   Возможно требование "согласованности" между вариантами, принятыми для различных технологий. Это простейший пример т.наз. технологических ограничений, которые налагаются как жесткие связи на задачу оптимизации. Такие ограничения, как правило, увеличивают стоимость по сравнению с раздельной оптимизацией по каждой технологии.
   Для региональных и федеральных задач правильнее говорить не о выборе технологий для отдельных источников загрязнения, а о выборе схемы воздействия на целые отрасли промышленности, вызывающие загрязнение среды. Это воздействие может быть административным, например наложение тех или иных ограничений, и тогда затраты на реализацию мер воздействия - это финансовые потери отраслей от таких мер. Воздействие может быть и финансовым - например, капиталовложения в переход к "чистым технологиям" в отрасли. В этом случае затраты относятся на счет источников централизованного финансирования этих мер. В любом случае важно, что затраты производятся тем же составом участников, к которому относятся и ущербы от загрязнения среды.
В начало

Этап 8: расчет плана реализации выбранных мер

   При оценке последствий тех или иных решений следует учесть, что они воплощаются в жизнь не моментально. Таким образом, имеется график распределения во времени как затрат на принятые меры, так и их эффекта. Он должен сравниваться с имеющимся на этом этапе расчета графиком распределения во времени ожидаемого ущерба здоровью при текущем состоянии технологии производства. При этом должно учитываться дисконтирование как будущих затрат, так и будущих выигрышей. Итоговая оценка приемлемости тех или иных мер - своего рода интеграл от соотношения выигрышей и затрат, взятый вплоть до некоторого установленного заранее временного горизонта рассмотрения проблемы.
   Это звено замыкает цикл расчета. Дальше начинается следующий цикл, стартующий с уже измененных технологий. Естественно, все цифры теперь изменятся. План "распределяет" соответствующие расходы по всем участникам круглого стола соответственно критериям, которые они используют для оценки ситуации. Если оптимизация на всех этапах расчета проведена правильно, для каждого участника решение должно быть удовлетворительным по его собственным критериям. Если для простоты предполагается, что все участники используют один и тот же критерий - эффективность / стоимость, то приходящиеся на каждого расходы пропорциональны тому выигрышу, который он получает от принятых мер по сокращению загрязнения в виде уменьшения экономического эквивалента потерь здоровья.
В начало

Стратегия выбора и принятие решения

    В данном подходе используется следующая схема принятия решения: "круглый стол" из заинтересованных сторон, каждая со своими критериями приемлемости решения и своими "технологическими" ограничениями. Задача ЛПР - найти вариант решения, приемлемый для всех участников и принять это решение. Это возможно, потому что, с точки зрения теории игр, ситуация не является антагонистической: загрязнение наносит ущерб всем. Технология принятия решений включает в качестве главного условия однозначное определение участниками тех критериев, которыми они пользуются для оценки ситуации. После этого возможна итерационная оптимизация с помощью рассматриваемого информационного цикла и с обсуждением промежуточных результатов всеми участниками за "круглым столом". При этом, как обычно в теории игр, приведение декларируемой позиции участника к его реальным интересам (которые только и могут просчитываться по рассматриваемой методике) включает элементы "торга" и "угроз" со стороны других участников.
   Принципиально важный момент - то, что на этом этапе информационная система может выступать не только как СРЕДСТВО принятия решения, но и как МОДЕЛЬ процесса принятия решения. В частности, если известны критерии, которыми пользуются все участники "круглого стола", в т.ч. ЛПР, то возможно предварительное моделирование вероятных результатов этого этапа, т.е. того, какое решение будет принято. Это включает оценку оптимальности реально принятых решений по сравнению с теоретически возможным результатом. (Отклонение от оптимальности может происходить, например, из-за неэффективного согласования между собой позиций участников). После отслеживания реального результата принятых решений необходимо скорректировать либо модель ситуации (если "круглый стол" оказался прав), либо способ генерации и представления сценариев (чтобы они оказывали большее влияние на реально принимаемые решения).
   При использовании системы как средства принятия решений весьма вероятно, что потребуется разъяснение и детализация сценариев, представленных ЛПР. Вероятно, будет необходимо обоснование "распределения ответственности" за ущерб здоровью по источникам загрязнения, а также "распределение затрат" на меры по борьбе с загрязнением между участниками "круглого стола". Такая информация может быть получена с помощью операции "шаг назад" по циклу обработки, рассмотренному выше. Естественно было бы реализовать подобные функции в виде диалогового режима работы ЛПР либо с самой системой, либо с представляющей результаты анализа демонстрационной программой, которая могла бы включать все необходимые объяснения.
В начало

Расширенная схема цикла

   На рис. изображена более детальная схема того же цикла с указанием типа информации, передаваемой между блоками.
(825 x 1067, 23 K)
  • В углах находятся модельные объекты, которые образуют "вертикали": технологическую - для источников загрязнений, биологическую - для организмов-приемников загрязнений, социальную - для "страдающих" групп, организационно-экономическую - для ответственных за меры борьбы, включая сами организации - виновники загрязнений.
  • Между угловыми вертикалями - "точки контроля". Там находятся такие модельные объекты, характеристики которых можно сравнить с реальными данными наблюдений. К каждой такой точке идет от предыдущей вертикали этап "распространения" опасности из точки в пространстве опасности. Для его просчета используются модели соответствующих процессов распространения: выброса - в географическом пространстве, риска - по когортам и т.д. При этом получается объект типа распределения в пространстве, распределения вероятности и т.п. На пути от него к следующей вертикали вступает в действие "сценарий", определяющий, какая часть этого объекта попадет к каждому адресату: концентрации - к индивидам в виде экспозиции, заболеваемость - социальным группам в виде смертности и т.д. "Сценарий" - тоже модель, но другого типа, чем "распространение": она собирает распределенную структуру к одному из возможных исходов.
В начало
Оглавление
© ИКИ РАН, 1998-2001