Skip to content

GCRI · Критическая инфраструктура

Оптимизация для инфраструктуры

Optimisation and operations research choose the best use of limited budgets, crews and capacity. In this field they prioritise investments in resilience, schedule restoration and plan network expansion under uncertainty.

Направить запрос Back to STEM foundation of Critical Infrastructure
01Содержание

Optimisation for infrastructure in five parts.

ПротоколШагов: 5
  1. 01ЗаявкаWhat optimisation and operations research does here
  2. 02ДанныеЧто потребляет метод
  3. 03ВалидацияКак проверяются результаты
  4. 04СвязиТемы, опирающиеся на этот метод
  5. 05Ведение и сопровождениеКто ведёт метод
02Заявка

What optimisation and operations research does here.

Optimisation and operations research develop mathematical methods for allocating resources and making decisions under constraints. They support planning and logistics in complex, interconnected системы. In критической инфраструктуры and cities and built environment, optimisation supports prepositioning of supplies, network investment and recovery sequencing. Robust formulations help choose options that perform acceptably across many scenarios. The canonical description is on STEM Commons.

Resilience investment portfolios

Combinations of hardening, redundancy and backup projects are selected to reduce expected service loss across scenarios within a budget.

Restoration scheduling

Repair crews and sequences are optimised to restore critical services fastest given dependencies and access.

Network design under uncertainty

Stochastic and robust optimisation choose network expansions that perform acceptably across many demand and hazard scenarios, not only the expected one.

03География

Подверженность инфраструктуры в Западной Европе.

Ночные огни, плотность населения и паводковые воды над Западной Европой по данным NASA GIBS. Каждый слой имеет собственную дату.

Для интерактивной карты нужен JavaScript. Список слоёв и источники приведены ниже.

Слои 3

Подверженность инфраструктуры для этой страницы

Об этом слое
Доказательная база
Наблюдаемые данные
Источник
VIIRS Black Marble (VNP46A2) (NASA LAADS DAAC)
Поставщик
NASA LAADS DAAC
Лицензия
Открытые данные NASA
Год выпуска
ежедневно; спутниковая яркость с поправкой на лунный свет и атмосферу
Новейшие на момент сборки
2026-10-12
Разрешение
сетка около 500 м
Неопределённость
Спутниковая ночная яркость на указанную дату; освещённость служит косвенным показателем потребления электроэнергии и отключений, а не измерением поставок или доступа.
Доступно через
gibs.earthdata.nasa.gov, только после того как вы разрешите интерактивную карту
Об этом слое
Доказательная база
Оценка
Источник
Gridded Population of the World v4.11 (NASA SEDAC (CIESIN, Колумбийский университет))
Поставщик
NASA SEDAC (CIESIN, Колумбийский университет)
Лицензия
CC BY 4.0
Год выпуска
null; оценка на основе переписи, статическая (2020)
Разрешение
сетка около 1 км
Неопределённость
Оценка на основе переписи числа людей на квадратный километр в 2020 году, показанная как контекст подверженности; не является подсчётом людей, пострадавших от какой-либо опасности.
Доступно через
gibs.earthdata.nasa.gov, только после того как вы разрешите интерактивную карту
Об этом слое
Доказательная база
Наблюдаемые данные (облачность оставляет пропуски)
Источник
Глобальный продукт по паводкам VIIRS (NASA LANCE)
Поставщик
NASA LANCE
Лицензия
Открытые данные NASA
Год выпуска
ежедневно; спутниковое обнаружение; облачность оставляет пропуски
Новейшие на момент сборки
2026-10-14
Разрешение
сетка около 250 м
Неопределённость
Спутниковое обнаружение; облачность оставляет пропуски. Спутниковый или модельный растр в том виде, в каком его публикует поставщик. Облачность, пропуски в полосе обзора и ошибки восстановления параметров оставляют пропуски и шум; значения являются показателями, а не измерениями в конкретном месте.
Доступно через
gibs.earthdata.nasa.gov, только после того как вы разрешите интерактивную карту
Об этом слое
Доказательная база
Наблюдаемые данные
Источник
Скорректированная отражательная способность VIIRS NOAA-20 (NASA LANCE)
Поставщик
NASA LANCE
Лицензия
Открытые данные NASA
Год выпуска
ежедневно; спутниковое изображение
Новейшие на момент сборки
2026-10-14
Разрешение
сетка около 250 м
Неопределённость
Спутниковое изображение. Спутниковый или модельный растр в том виде, в каком его публикует поставщик. Облачность, пропуски в полосе обзора и ошибки восстановления параметров оставляют пропуски и шум; значения являются показателями, а не измерениями в конкретном месте.
Доступно через
gibs.earthdata.nasa.gov, только после того как вы разрешите интерактивную карту
Об этом слое
Доказательная база
Смоделировано (последний год, публикуемый GIBS)
Источник
Земной покров MODIS Terra и Aqua (MCD12Q1) (NASA LP DAAC)
Поставщик
NASA LP DAAC
Лицензия
Открытые данные NASA
Год выпуска
ежегодно; спутниковая классификация; последний год, публикуемый GIBS
Новейшие на момент сборки
2024-01-01
Разрешение
сетка около 500 м
Неопределённость
Спутниковые классы земного покрова за указанный год, включая пахотные земли; классификация с известными ошибками, а не реестр ферм.
Доступно через
gibs.earthdata.nasa.gov, только после того как вы разрешите интерактивную карту
Об этом слое
Доказательная база
Наблюдаемые данные (облачность оставляет пропуски)
Источник
MODIS Terra EVI (NASA LANCE)
Поставщик
NASA LANCE
Лицензия
Открытые данные NASA
Год выпуска
ежедневно; спутниковый индекс; облачность оставляет пропуски
Новейшие на момент сборки
2026-10-13
Разрешение
сетка около 250 м
Неопределённость
Спутниковый индекс растительности за 8 дней до указанной даты, показатель состояния местообитаний; не является мерой видов или биоразнообразия.
Доступно через
gibs.earthdata.nasa.gov, только после того как вы разрешите интерактивную карту

Последние доступные

NASA GIBS / EOSDIS · ASTER GDEM (METI, NASA) · Blue Marble (NASA) · © участники OpenStreetMap (ODbL) · Natural Earth

Загрузка последних снимков NASA.

Перетаскивайте для перемещения. Для масштабирования используйте Ctrl или ⌘ с прокруткой, жест щипка или кнопки; наведите курсор, чтобы увидеть значения под указателем; сброс возвращает к региону.

Подверженность инфраструктуры в Западной Европе.Спутниковые и модельные продукты в том виде, в каком их публикует NASA, каждый со своей датой. Это показатели, а не оценки какого-либо места.

Данные: NASA GIBS · ASTER GDEM · Blue Marble · © участники OpenStreetMap · Natural Earth · NASA EONET · U.S. Geological Survey · NASA JPL OPERA DIST-ALERTИсточники и лицензии

  • We acknowledge the use of imagery provided by services from NASA’s Global Imagery Browse Services (GIBS), part of NASA’s Earth Science Data and Information System (ESDIS). Colours redrawn from the published colour map; values averaged into hexagonal cells where shown (modified). Открытые данные NASA
  • We acknowledge the use of imagery provided by services from NASA’s Global Imagery Browse Services (GIBS), part of NASA’s Earth Science Data and Information System (ESDIS). Colours redrawn from the published colour map; values averaged into hexagonal cells where shown (modified). Открытые данные NASA
  • Ночные огни VIIRS Black Marble, Центр космических полётов имени Годдарда NASA; распространяются Системой архивирования и распространения данных NASA уровня 1 и атмосферы (LAADS DAAC); изображения через NASA GIBS. Цвета перерисованы по опубликованной цветовой шкале; значения усреднены по шестиугольным ячейкам там, где они показаны (изменено). Открытые данные NASA
  • Center for International Earth Science Information Network (CIESIN), Columbia University. 2018. Gridded Population of the World, Version 4 (GPWv4): Population Density, Revision 11. NASA Socioeconomic Data and Applications Center (SEDAC). Лицензия CC BY 4.0. Цвета перерисованы по опубликованной цветовой шкале; там, где показано, значения усреднены по шестиугольным ячейкам (изменено). doi:10.7927/H49C6VHW. CC BY 4.0
  • Продукты VIIRS почти реального времени (наводнения, температура поверхности суши, снежный покров, скорректированная отражательная способность), NASA LANCE; изображения через NASA GIBS. Цвета перерисованы по опубликованной цветовой шкале; там, где показано, значения усреднены по шестиугольным ячейкам (изменено). Открытые данные NASA
  • Продукты MODIS по суше (вегетационные индексы, валовая первичная продукция, земной покров), NASA LP DAAC и LANCE; изображения через NASA GIBS. Цвета перерисованы по опубликованной цветовой шкале; там, где показано, значения усреднены по шестиугольным ячейкам (изменено). Открытые данные NASA
  • ASTER GDEM является продуктом METI и NASA (ASTER Global Digital Elevation Model V003, NASA LP DAAC); изображения через NASA GIBS. Цвета перерисованы по опубликованной цветовой шкале; там, где показано, значения усреднены по шестиугольным ячейкам (изменено). Ссылка: NASA/METI/AIST/Japan Spacesystems and U.S./Japan ASTER Science Team (2019). ASTER Global Digital Elevation Model V003. doi:10.5067/ASTER/ASTGTM.003. Открытые данные NASA
  • Создано с использованием Natural Earth. Бесплатные векторные и растровые картографические данные @ naturalearthdata.com. Общественное достояние
  • © участники OpenStreetMap (ODbL), через NASA GIBS (береговые линии, границы, дороги и названия мест). Цвета перерисованы по опубликованной цветовой шкале; значения, где показано, усреднены по шестиугольным ячейкам (изменено). ODbL
  • Blue Marble, NASA Earth Observatory; изображения через NASA GIBS. Цвета перерисованы по опубликованной цветовой шкале; там, где показано, значения усреднены по шестиугольным ячейкам (изменено). Открытые данные NASA
  • Контекст на глобусе и плоской карте: береговые линии, границы, дороги и названия мест из справочных слоёв NASA GIBS (данные OpenStreetMap, ODbL, © участники OpenStreetMap); снимки Blue Marble как дополнительная подложка; 3D-рельеф и показания высоты по цветовому индексу высот ASTER GDEM (классы от 5 м до 200 м, с преувеличением для наглядности). Границы показаны в опубликованном виде и не выражают позиции в отношении какой-либо территории.
  • События в реальном времени: NASA Earth Observatory Natural Event Tracker (EONET). События носят ориентировочный характер и сохраняют ссылки на первоначальный источник.
  • Текущие данные: события NASA EONET носят ориентировочный характер и не являются официальными предупреждениями.
  • Текущие данные: события Геологической службы США носят ориентировочный характер и не являются официальными предупреждениями.
  • Observed (EO): NASA JPL OPERA DIST-ALERT (contains modified Copernicus Sentinel data 2026). We acknowledge the use of imagery provided by services from NASA’s Global Imagery Browse Services (GIBS), part of NASA’s Earth Science Data and Information System (ESDIS).
  • NASA GIBS: We acknowledge the use of imagery provided by services from NASA’s Global Imagery Browse Services (GIBS), part of NASA’s Earth Science Data and Information System (ESDIS).
  • Прогноз речного стока на 30 дней с диапазоном (GloFAS через Open-Meteo): содержит изменённую информацию Copernicus Emergency Management Service 2026; не является предупреждением о наводнении.
  • Данные о погоде предоставлены Open-Meteo.com (https://open-meteo.com/), лицензия CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
  • Дополнительные слои (источников в списке слоёв: 12; оперативные, прогнозные, наблюдаемые и контекстные) при включении указывают своего поставщика на карте и здесь; прогнозы представляют собой результаты моделей, а производные индексы являются оценками.

Слои и даты

  • Ночное освещение, ежедневно: VIIRS Black Marble (VNP46A2), NASA LAADS DAAC · 12 окт. 2026
  • Плотность населения, 2020: население: CIESIN, Колумбийский университет, Gridded Population of the World v4.11 (2018), NASA SEDAC, CC BY 4.0 · статично
  • Паводковые воды, 3-дневный композит: VIIRS Global Flood Product, NASA LANCE · 14 окт. 2026
  • Естественные цвета: скорректированная отражательная способность VIIRS NOAA-20, NASA LANCE · 13 окт. 2026
  • Тип земного покрова (IGBP), ежегодно: MODIS Terra and Aqua land cover (MCD12Q1), NASA LP DAAC · 2024
  • Расширенный индекс растительности, скользящее среднее за 8 дней: MODIS Terra EVI, NASA LANCE · 13 окт. 2026

04Данные

Что потребляет метод.

Datasets and records used by optimisation and operations research on this platform, with the role each plays and the label its values carry. Sources are listed in реестре источников.

ДанныеРольМетка
Project costsВариантыОЦЕНЕНО
Hazard and failure scenariosНеопределённостьСМОДЕЛИРОВАНО
Network modelsConstraintsОпубликованная статистика
Crew and spares inventoriesРесурсыЗАДЕКЛАРИРОВАНО
05Мониторинг

Optimisation run.

Экран, который команда использовала бы для следования этому методу: его показатели, состояния и решения. Названия приведены для примера, а значения иллюстративны.

Optimisation run

Critical infrastructure · Optimisation for infrastructure · Run R-3239

Feasible, gap closingGCRI · Критическая инфраструктура

Конвергенция

Карточка метода

Метод
Оптимизация и исследование операций
Variables
36,366
Optimality gap
0.9 pct
Метка
СМОДЕЛИРОВАНО

Binding constraints

Мощность021Binding
Budget02.8Binding
Уровень обслуживания10Slack
Optimisation run: the screen’s structure, terms and states for Critical infrastructure.Примеры названий и иллюстративные значения; макет, а не запись и не действующая система.
06Валидация

Как проверяются результаты.

Solutions are checked for feasibility, tested through simulation and compared with historical decisions. Анализ чувствительности examines how results change with parameters.

ПроверкаКак это делается
Scenario coverageSolutions are tested on scenarios not used for optimisation
Constraint validationConstraints are confirmed with operators
Solution stabilitySmall changes in inputs are tested for large changes in the chosen portfolio

Optimal solutions can be fragile when assumptions are wrong. Objectives may omit values that are hard to quantify.

07Симулятор

Каскад через взаимозависимые сети.

A След опасности выводит из строя расположенные рядом объекты в каждом слое; затем дробление, зависимость между слоями и перегрузка уцелевших элементов распространяют отказ дальше. В виде 3D слои разнесены по глубине. Учебная модель с заданными иллюстративными значениями, а не прогноз. Карта на этой странице показывает Западную Европу; сама модель не привязана к месту.

Меры контроля

Активы по слоям
18
След опасности
8% площади
Активы, зависящие от другого слоя
60%
Резервная мощность (допуск)
30%

Показания

Объекты, пострадавшие от опасности
11%
Объекты, которые продолжают работать
44%
Усиление первоначального ущерба
5.0 times
Шаги до стабилизации
6
Числа, методы и источники
ШагТранспорт работает (%)Энергоснабжение работает (%)Работающая связь (%)
01008383
1948383
2788383
3568378
4397867
5395661
6393361

Методы

  1. Взаимозависимые сети Buldyrev и др. (2010), Catastrophic cascade of failures in interdependent networks, Nature 464
  2. Каскады перегрузок Motter and Lai (2002), Physical Review E 66
  3. Нагрузка по посредничеству Brandes (2001), Journal of Mathematical Sociology 25
  4. Многослойные сети Kivela and others (2014), Journal of Complex Networks 2
  5. Взаимозависимости инфраструктуры Rinaldi, Peerenboom and Kelly (2001), IEEE Control Systems 21(6)
  6. Веер неопределённости (параметрический метод Монте-Карло) Spiegelhalter, Pearson and Short (2011), Visualising uncertainty about the future, Science 333
  7. Анализ чувствительности по одному фактору (торнадо) Saltelli and others (2008), Global Sensitivity Analysis: The Primer, Wiley

Данные

The model runs on the teaching values set by the controls. To calibrate it for a place, read it against these admitted layers and series, which this page’s map can draw:

  • Магистральные дороги Natural Earth
  • Железные дороги Natural Earth
  • Морские порты Natural Earth
  • Аэропорты Natural Earth
  • Городские границы Natural Earth
  • Ночные огни сегодня, отключения (VIIRS Day/Night Band) NASA/NOAA VIIRS (Suomi NPP) · register nasa.gibs.context-live-layers
  • Природные события (NASA EONET) NASA EONET · register nasa.eonet.events
Каскад через взаимозависимые сети. Иллюстративная учебная модель: она работает на значениях, заданных элементами управления, а не на измеренных данных. Методы: взаимозависимые сети (Buldyrev and others (2010), Catastrophic cascade of failures in interdependent networks, Nature 464); каскады перегрузки (Motter and Lai (2002), Physical Review E 66); нагрузка по посредничеству (Brandes (2001), Journal of Mathematical Sociology 25).

По шести опорам, под руководством Nexus Consortium

08Связи

Темы, опирающиеся на этот метод.

09Симулятор двойника и каскадов

Model optimisation for infrastructure as a system. Run the cascade.

Составлена на основе профиля области Nexus Standards профиль территории Критическая инфраструктура и критически важные объекты: названные в нём опасные явления, системы и секторы, которые несут ущерб, меры, которые его смягчают, и данные, которые за ним наблюдают. Выберите компоненты, укажите исходное опасное явление и пройдите каскад шаг за шагом. Вид «Карта» помещает прогон на примерную географию с открытыми данными. Вес каждой связи это заявленное допущение, которое можно изменить. Учебная модель, а не прогноз, не оценка и не сертификация. Чтобы смоделировать выбранное вами место, откройте полный Конструктор систем.

Опасности

  • Прорыв плотины
  • Речное наводнение (вызванный ниже по цепочке)
  • Внезапный паводок (вызванный ниже по цепочке)
  • Массовое перемещение населения (вызванное ниже по цепочке)
  • Масштабное отключение электроэнергии (вызванное ниже по цепочке)
  • Дефицит водоснабжения (вызванный ниже по цепочке)

Меры контроля

  • NS-0 Устав и принципы
  • NS-3 UNI записей о рисках (грамматика, сопоставление с прежней системой, полномочия на присвоение)
  • NS-9 Контекстные UNI (развертывания, экземпляры, экземпляры программ)
  • NS-10 Политики и положения (машиночитаемые обязательства: определение, обязательность, оценка и обеспечение исполнения)
  • NS-11 Верификация и мониторинг (доказательства, подтверждения, наблюдение за соответствием принципу нулевого доверия)
  • NRS-H61 Семейство опасностей: каскадный отказ (NHS-1 sys.cascade)
  • NRS-H94 Семейство опасных явлений: системные киберсобытия (NHS-1 cyber.systemic-cyber)
  • NRS-H107 Семейство опасностей: концентрация и монокультура цифровой инфраструктуры (NHS-1 tech.digital-concentration)
  • NRS-K31 Профиль пакета данных по области: Кибербезопасность национального уровня (DOMAIN-031)
  • NRS-K36 Профиль пакета данных по области: Критическая инфраструктура (DOMAIN-036)
  • NRS-K48 Профиль пакета данных по области: Устойчивость финансовой системы (DOMAIN-048)

Наблюдение

  • OpenStreetMap planet и репликация (приведены для справки)
  • Global Power Plant Database (приведена для справки)
  • Ночные огни NASA Black Marble (VNP46) (приведены для справки)
  • Глобальный слой населённых пунктов (приведён для справки)
  • Ущерб критической инфраструктуре в результате бедствий
  • Число перебоев в предоставлении базовых услуг, вызванных бедствиями
  • Доля сельского населения, проживающего в пределах 2 км от дороги, доступной в любое время года

Пример географии

  • Европа: 113 шестиугольных ячеек
  • Ночные огни сегодня, отключения (VIIRS Day/Night Band), NASA GIBS
  • Поверхностные воды сквозь облачность, 30 m (радар OPERA DSWx-S1), NASA GIBS
  • Интенсивность осадков за последние полчаса (IMERG), NASA GIBS
  • Влажность поверхностного слоя почвы (SMAP), NASA GIBS
10Ведение и сопровождение

Кто ведёт метод.

Системная наука и моделирование stewards optimisation and operations research for the Consortium and reviews how it is applied across platforms.

Canonical page: Optimisation and operations research

11Методы и доказательная база

How optimisation for infrastructure is modelled, measured and tested.

Модель, её допущения, данные и неопределённость в том виде, в каком их проверил бы учёный или инженер. Структуры следуют опубликованным методам. Показанные значения являются иллюстративными, а не результатами.

Модель системы

The couplings between the systems in optimisation for infrastructure: signs of influence, a reinforcing and a balancing loop, and cross-links where stress jumps.

++−+Критическая инфраструктураГородаСообществаЭкономикаR усиливающаяB балансирующая
Causal loop diagram from the page’s systems; signs show the direction of influence. Illustrative structure for a system dynamics or network model, not estimated couplings.
Руководящие принципы FAIR · GO FAIR и FORCE11W3C PROV · Консорциум Всемирной паутиныРуководство по единообразному учёту неопределённостей · МГЭИКCEOS Analysis Ready Data · Комитет по спутникам наблюдения Земли
12Связано

Куда ведёт эта страница в рамках Консорциума.

13Вопросы

Вопросы и ответы.

What are the limits of optimisation and operations research in this field?
Optimal solutions can be fragile when assumptions are wrong. Objectives may omit values that are hard to quantify.
Как проверяются результаты?
Solutions are checked for feasibility, tested through simulation and compared with historical decisions. Sensitivity analysis examines how results change with parameters.
Значения на этой странице реальные?
The data names, roles and checks are real descriptions of practice. The canvas shows a design of the method’s use, not a run; no result is reported here.
Где ещё применяется этот метод?
Observatory Каноническая страница метода перечисляет все применяющие его платформы.
ОтчётыВнести вклад

Поделитесь доказательствами с этой страницы.

Отчёты is the Consortium’s quarterly publication. What you know about this subject can become evidence, a case or a correction in the next edition, credited to you and published under CC BY 4.0 where it is your own work.

GCRI«Критическая инфраструктура»Стратегические системыСценарии и стресс-тесты

Никогда не отправляйте персональные данные, сведения о чувствительной инфраструктуре или то, чем вы не вправе делиться. Материал проходит рассмотрение перед использованием; его отправка не дает авторских или редакционных прав, а спонсорство никогда не покупает выводы.

«Критическая инфраструктура»

Предложите метод, набор данных или вопрос.

Информация и запросы открыты уже сегодня. Запрос получает номер и указывает следующий шаг; заявки, платежи, выделение вычислительных ресурсов и регистрации открываются только тогда, когда существуют их команда, условия и возможности для проверки.

Предложить метод Все контакты для обращений
Правовая информация

Карты, данные и рисунки на этом сайте приводятся для контекста и общей информации. Они не являются советом, прогнозом или предупреждением; ограничения информации изложены в Оговорках и уведомлениях о данных.