Ідентифікація моделей швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі та їх практичні застосування

Размещено на http://www.allbest.ru/

АКАДЕМІЯ ПОЖЕЖНОЇ БЕЗПЕКИ УКРАЇНИ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ІДЕНТИФІКАЦІЯ МОДЕЛЕЙ ШВИДКОСТІ РОЗПОВСЮДЖЕННЯ ФРОНТУ ЛІСОВОЇ ПОЖЕЖІ ТА ЇХ ПРАКТИЧНІ ЗАСТОСУВАННЯ

Спеціальність: Пожежна безпека

ДИГАЛО ОЛЕКСАНДР МИКОЛАЙОВИЧ

ХАРКІВ, 2003 РІК



1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Лісові пожежі є однією з основних природних небезпек, що характерні для України. При цьому, на долю пожеж, що виникають внаслідок розряду блискавки, приходиться (4-5)%, число лісових пожеж з-за виробничої діяльності складає близько 10%, а основною причиною лісових пожеж є людський фактор - (75-85)%.

Для вияву основних закономірностей, що присутні лісовій пожежі, а також для обґрунтування рекомендацій як по профілактиці, так і по локалізації та гасінню таких пожеж, найбільш ефективним засобом є їх математичне моделювання.

На теперішній час існує достатньо велика кількість публікацій, у яких розглядаються математичні моделі, що описують лісові пожежі, а також засоби їх використання при формуванні управлінських рішень, спрямованих на боротьбу з ними.

До числа таких робіт слід віднести труди В.Г. Нестерова, М.П. Курбатського, Г.П. Телицина, І.С. Мелехова, А.М. Гришина, Г.А. Доррера, Е.М. Валендика, Л.А. Суханова, Ю.А. Гостинцева, Е.В. Конєва, Р.Л. Покровського, С.М. Душа-Гудима, а також Г. Байрама, І. Ван-Вагнера, Р. Ротенмела, В. Франдсена, Д. Девіса, А. Ліндершута, В. Фонса та ін.

Самими поширеними є моделі швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі, котрі дозволяють визначати ряд інтегральних характеристик таких пожеж. Всім відомим методам визначення таких моделей притаманний ряд недоліків, до числа яких слід віднести: з-за необхідності в використанні різноманітних емпіричних співвідношень знижується точність опису реальних процесів, внаслідок того, що практично всі моделі отримані експериментальним шляхом, вони не можуть бути використані поза умовами, при яких були отримані, відносна похибка таких моделей може сягати 580%. У зв'язку з цим актуальною задачею є обґрунтування методів визначення та ідентифікації як особисто математичних моделей швидкості розповсюдження лісової пожежі, так і їх оцінок, що забезпечують формування ефективних управлінських рішень по їх локалізації та гасінню.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася в рамках Державної програми забезпечення пожежної безпеки в Україні на 2000-2010 рр., а також в рамках держбюджетної НДР №0197U005716 по замовленню Головного управління державної пожежної охорони МВС України.

Мета та задачі дослідження. Метою роботи є обґрунтування методів визначення та вибору моделей і (або) оцінок швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі як на етапі, що передує пожежі, так і в ході його розвитку, а також вияв особливостей їх практичного використання.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- вивчити процес розповсюдження фронту лісової пожежі як низової, так і верхової як реакцію кібернетичної системи на енергетичний вплив;

- отримати з використанням кібернетичного підходу до процесу розповсюдження фронту лісової пожежі оцінки інтегрального параметру, що визначає цей процес;

- визначити характер вітрового впливу та рельєфу місцевості на характеристики процесу розповсюдження фронту лісової пожежі;

- розробити процедуру вибору з масиву моделей швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі моделі, що найкращим чином описує цей процес;

- розробити процедуру побудови моделей швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі як лінійної комбінації локальних моделей;

- експериментальним шляхом оцінити ефективність методів ідентифікації моделей швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі;

- виявити основні особливості практичного використання моделей швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі;

- оцінити вплив похибок визначення моделей швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі на величину ущербу.

Об'єкт дослідження - процеси, що протікають у ході лісової пожежі.

Предмет дослідження - характеристики і параметри лісової пожежі.

Методи дослідження: теорія тепломасопереносу, методи розв'язання рівнянь математичної фізики, теорія лінійних динамічних систем, методи геометричного, аналітичного та чисельного моделювання, методи математичної статистики, теорія ідентифікації та оптимізації.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у наступному:

- вперше задача отримання оцінок швидкості розповсюдження фронту лісової низової та верхової пожежі зведена до задачі аналізу сталості цих процесів, в результаті розв'язання якої з використанням критерію Гурвіца отримані аналітичні вирази для таких оцінок;

- вперше для отримання моделі швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі запропонований метод, що ґрунтується на аналізі величини неузгодження між експрес даними та модельними значеннями за допомогою модифікованого критерію Пейджа-Хінклі. В цьому випадку виключається необхідність у використанні масиву статистичних даних, а контроль здійснюється по останньому значенню вибірки;

- вперше запропонований метод ідентифікації моделі швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі, яка уявляє собою суперпозицію локальних моделей, а її вагові коефіцієнти визначаються з використанням методу штрафних функцій або за допомогою невизначених множників Лагранжу. Процедура ідентифікації моделі є оптимальною за швидкодією;

- вперше розроблена модель для оцінки ефективності використання моделей швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі, яка враховує величину збитку від пожежі. Така модель враховує вплив похибки визначення моделі швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі на величину збитку від цієї пожежі.

Практичне значення отриманих результатів. Результати дослідження в вигляді моделей (оцінок) швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі, алгоритмів (процедур) їх визначення і (або) ідентифікації є похідним матеріалом для формування управлінських рішень при локалізації і гасінні лісових пожеж. Формування управлінських рішень засновано на результатах аналізу оцінки ефективності використання таких моделей, в основі якої лежить врахування збитку, що наноситься лісовою пожежею.

Методика експериментального визначення залежності швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі від щільності ЛГМ, вологовмісту та рельєфу місцевості, алгоритми побудови моделей для формування бази даних, а також рекомендації керівнику гасіння пожежі впроваджені при розробці організаційно-технічних заходів по боротьбі з лісовими пожежами в Бахчисарайському держлісгоспі (акт від 17.11.02 р.) та в Старокримському державному лісомисливському господарстві (акт від 24.12.02 р.). Використання цих результатів дозволило обґрунтовано сформувати можливі варіанти сил та засобів, що залучаються для локалізації та гасіння лісових пожеж, внаслідок чого вдалося забезпечити скорочення часу для їх повного розгортання до 20%.

Особистий внесок здобувача. В роботах, які опубліковані в співавторстві, особистий внесок здобувача полягає в вивченні особливостей розповсюдження фронту лісової пожежі та їх математичного опису, в визначенні інтегральних характеристик (моделей, оцінок) лісових пожеж, в розробці методів отримання моделей (оцінок) швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі, в використанні таких моделей на практиці, а також в оцінці ефективності при формуванні управлінських рішень.

Апробація результатів роботи. Основні результати роботи доповідалися та обговорювалися на: 5-й Всеукраїнській науково-практичній конференції “Пожежна безпека - 2001” (м. Львів, 2001), XVI науково-технічній конференції “Крупные пожары: предупреждение и тушение” (м. Москва, 2001), Міжнародній науково-практичній конференції “Проблемы пожарной безопасности. Ликвидация аварий и их последствий” (м. Донецьк, 2002), а також на постійнодіючому науково-технічному семінарі АПБУ (м. Харків, 2000-2002).

Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 8 наукових статей, з котрих 7 - в виданнях, що входять до переліку ВАК України, та в двох тезах доповідей на наукових конференціях.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків та додатку. Загальний обсяг дисертації складає 182 сторінки, вона містить 41 рисунок, 22 таблиці і 140 використаних літературних джерел.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В першому розділі проведений аналіз лісових пожеж та їх моделей.

Лісова пожежа розглядається в термінах кібернетичного підходу, котрий органічно включає врахування діючих факторів, спрямованих на припинення процесу горіння.

Розглянуті різні підходи до класифікації лісових пожеж, включаючи традиційні, зокрема, по М.П. Курбатському. Вказується, що перевагу слід віддати підходу, заснованому на інформації про швидкість розповсюдження фронту лісової пожежі. Стосовно такого варіанту розглядаються особливості та основні характеристики (показники) лісових пожеж.

Відмічається, що математичне моделювання лісових пожеж є найбільш ефективним засобом для вияву закономірностей цього явища, а також для обґрунтування рекомендацій по профілактиці, локалізації та гасінню пожеж. По своєму призначенню математичні моделі лісових пожеж розподіляються на фундаментальні, тактичні і стратегічні, а до числа самих розповсюджених моделей відносяться математичні моделі швидкості розповсюдження пожежі. Остання обставина зумовлена універсальністю цих моделей. Зокрема, моделі такого класу дозволяють достатньо просто здійснювати перехід до інтегральних характеристик лісових пожеж - площі, периметру і контуру пожежі. Такий перехід можливий, наприклад, за допомогою рівняння Гамільтона - Якобі, розв'язання якого стосовно процесів, що мають місце при лісових пожежах, можливе, як правило, чисельними методами. Слід відмітити, що при побудові математичних моделей швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі питання о точності опису цього процесу не акцентувалося, а величина похибки опису лежить в діапазоні (15 580)%. Аналіз показує, що у переважній більшості випадків моделі швидкості розповсюдження лісової пожежі є емпіричними функціями однієї - двох перемінних. Ця обставина зменшує область застосування таких моделей умовами проведення експериментів. Відома лише одна модель швидкості розповсюдження лісової пожежі, котра враховує одночасно вплив вітру і рельєфу місцевості (крім ряду інших факторів). Ця модель враховує не тільки монотонний характер впливу вітру, але й його пульсації. Остання обставина внаслідок наявності турбулентності в потоці повітря призводить до більш інтенсивного масообміну у фронті пожежі, що призводить до більш інтенсивного поступу кисню в зону горіння і, як наслідок, призводить до збільшення швидкості розповсюдження пожежі.

Авіаційна охорона лісів в Україні відновлена з 1996 р. і вона передбачає використання авіаційних методів і засобів для попередження, вияву і гасіння лісових пожеж.

Аналіз свідчить про те, що основним шляхом підвищення ефективності у боротьбі з лісовими пожежами є використання методів дистанційного зондування. Однак всі відомі варіанти авіаційних засобів охорони лісів не передбачають створення або використання моделей, що описують процеси розповсюдження лісових пожеж.

На підставі аналізу стану питання сформульована основна задача дослідження, яка представлена у вигляді сукупності локальних підзадач.

В другому розділі строяться математичні моделі та оцінки швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі.

При умові, що затрати енергії на підпалення горючої речовини перед фронтом розповсюдження низової лісової пожежі дорівнюють тепловому потоку, який поступає з зони горіння за рахунок усіх видів теплопереносу, переймається новими порціями горючої речовини і приводить до його спалахування, можна записати:

Де:

VГ - швидкість розповсюдження фронту лісової низової пожежі;

с1, с2 - тепломісткість сухої деревини та води відповідно;

w - вологовміст;

QИ - теплота випаровування вологи;

K1, K2 - коефіцієнт послаблення швидкості зміни маси горючої речовини по вологовмісту та по вмісту мінеральних речовин відповідно;

S - удільна поверхня та коефіцієнт заповнення горючої речовини відповідно.

Залежність має вигляд, зображений на рис. 1, а найбільшій швидкості згорання горючої речовини відповідає, причому цей коефіцієнт практично по гіперболічному закону змінюється в залежності від S.

Рис. 1. - Залежність:

З урахуванням цієї залежності, а також після узагальнення експериментальних даних одержано вираз для VГ.

При умові, що має місце мале відхилення процесу розповсюдження фронту лісової низової пожежі відносно квазістаціонарного процесу, яке зумовлене наявністю імпульсу енергії, що апроксимується функцією Дірака, можна відповідно закону збереження енергії для усереднених змінних записати:

Де:

К - коефіцієнт пропорційності;

h0 - висота слою горючого матеріалу.

Модель (2) дозволяє одержати вираз для швидкості у вигляді:

Використання критерію стійкості Гурвіца приводить до оцінки швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі:

Де:

q - теплотворна здібність;

g - прискорення сили тяжіння.

Цей вираз є більш жорстким у порівнянні з (3). Оцінки показують, що використання (4) для опаду хвої дає, що добре узгоджується з експериментальними даними інших авторів (похибка неузгодження не перевищує 20%).

Для лісової верхової пожежі за умови, що має місце мале відхилення відносно квазістаціонарного процесу горіння, модель, що описує розподіл відхилень температури відносно незбуреного стану, має вигляд, який співпадає з (2).

Різниця полягає в тому, що замість h0 необхідно використовувати, а праву частину рівняння - записати:

h2, h1 - висота верхньої та нижньої границі пологу лісу відповідно;

c10 - концентрація кисню;

s1 - удільна поверхня коксика;

q - щільність сумарного теплового потоку.

З використанням двохстороннього інтегрального перетворення Лапласу розв'язання такого диференційного рівняння зводиться до вигляду:

Де корні характеристичного рівняння, які, зокрема, є функцією швидкості вітру U.

Швидкість вітру U визначається з розв'язання рівняння:

Де:

Тут:

z0 - висота шороховатості;

h3 - висота приземного слою атмосфери;

с0 - коефіцієнт аеродинамічного опору



Для найбільш характерних значень параметрів лісового масиву величина не перебільшує одиниці при, якщо по критерію стійкості Гурвіца приводить до оцінки швидкості VГ, яка співпадає з першою складовою виразу (3).

Рис. 2. - Функція впливу по напрямку вітру: - параметр:

Рис. 3. - Функція впливу по рельєфу місцевості: - коефіцієнт заповнення:

Для урахування впливу напрямку вітру та рельєфу місцевості використовуються відповідні функції впливу та, які можуть бути як мультиплікативними, так і адитивними. На рис. 2 та рис. 3 наведені приклади таких функцій, причому на рис. 2 наведена залежність для радіальної функції впливу, яка пов'язана з нормальною (яка враховує вплив рельєфу місцевості у фронті пожежі) наступним чином:



В третьому розділі здійснюється ідентифікація математичних моделей швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі.

Вибір моделі з банку даних здійснюється у відповідності зі схемою, наведеною на рис. 4.

Рис. 4. - Структурна схема алгоритму вибору моделі швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі:

Вияв неузгодження проводиться з використанням критерію Стьюдента або з використанням модифікованого критерію Пейджа-Хінклі. Другий варіант має перевагу у порівнянні з першим, котре полягає в тому, що виключається необхідність у формуванні масиву даних, а прийняття рішення здійснюється за останнім значенням вибірки.

Інший варіант розв'язання задачі ідентифікації моделі швидкості розповсюдження лісової пожежі зводиться до формування моделі вигляду:



Критерієм оптимізації є:

Де:

E - вектор, що складається з одиниць.

В цьому випадку для вектора с має місце:

Якщо ввести до розгляду:

А також:

Отримаємо:

Аналіз (14) свідчить про те, що перше співвідношення та (11) є еквівалентними. В реальному масштабі часу процедура ідентифікації зводиться до рекурентного алгоритму:



Чисельна реалізація цього алгоритму може бути ускладнена, якщо сигнали мають високий рівень кореляції, що призводить до плохої обумовленості матриці R(t).

В цьому випадку для визначення коефіцієнтів с доцільно використання градієнтної процедури пошуку сідлової точки. Для цього лагранжиан (13) необхідно записати у вигляді:

Що дозволяє звести процедуру ідентифікації до вигляду:

Де є параметр шагу пошуку. При ця процедура ідентична алгоритму ідентифікації Качмажа - оптимальному за швидкодією. Елементам cj можна придати зміст ймовірностей відповідних гіпотез, якщо забезпечити невід'ємність усіх коефіцієнтів.

З цією метою в лагранжиан (13) вводяться обмеження на невід'ємність ваг, тобто:



- що після використання градієнтної процедури пошуку сідлової точки приводить до алгоритму ідентифікації:

Для оцінки адекватності моделей швидкості розповсюдження лісової низової пожежі, отриманих за допомогою розглянутих процедур ідентифікації, проводилися експерименти. На першому етапі визначалася модель швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі в залежності від рельєфу місцевості, причому. Була отримана модель (для опаду хвої сосни):

На другому етапі проводилася ідентифікація моделей з використанням критерію Пейджа-Хінклі.

Обидві ці групи експериментів проводилися за допомогою спеціальної платформи, на якій розташовувався лісовий горючий матеріал. На рис. 5 наведений приклад, який ілюструє процедуру ідентифікації для моделей з різним рельєфом місцевості, тобто теоретичні значення математичного очікування швидкості VГ визначалися з урахуванням (21).

Результати цих експериментів свідчать про те, що зміна рельєфу місцевості визначається за допомогою критерію Пейджа-Хінклі не пізніше, ніж через с. Аналогічні експерименти проводилися для.

Для використання такого критерію забезпечувало ідентифікацію моделі VГ не пізніше, ніж через 50 с.



Рис. 5. - Залежність швидкості розповсюдження фронту пожежі від часу:

Третя група експериментів проводилася в реальних умовах, в ході яких розв'язувалась задача ідентифікації моделі типу. Розв'язання такої задачі зведено до вигляду:

- причому похибка ідентифікації не перебільшує 16%.

В четвертому розділі розглядаються особливості практичного використання моделей швидкості розповсюдження лісової пожежі.

Використання моделей, що описують процес розповсюдження лісової пожежі, пов'язано з необхідністю отримання інформації про параметри цих моделей. Така інформація може бути отримана або завчасно, або під час пожежі. В першому випадку інформація використовується для формування баз даних про моделі швидкості розповсюдження лісової пожежі. В другому випадку інформація, котра отримується у реальному масштабі часу, сумісно з інформацією з баз даних використовується або для ідентифікації моделі швидкості розповсюдження лісової пожежі, або для формування моделі в вигляді суперпозиції локальних моделей. Крім того, в другому випадку відкривається можливість для уточнення моделей баз даних. Врахування рельєфу місцевості та швидкості вітру зумовлює необхідність включення в модель функцій впливу, достатньо велика кількість яких призводить до необхідності їх ідентифікації. Для вирішення цієї задачі перевагу слід надати процедурі експрес - аналізу інтегральних параметрів лісових пожеж - периметра L(t), площі S(t) та швидкості VГ(t), що визначаються, наприклад, за допомогою авіаційних засобів. Внаслідок того, що має місце:

Ці результати використовуються для вибору відповідної функції впливу (по критерію мінімуму неузгодження між результатами розрахунків та даними з (23)).

Рис. 6. - Залежність числа пожежних стволів (n), подачі води по МПТС (Q) та втрат напору (H1) від довжини трубопроводу:

Стосовно до всіх відомих засобів боротьби з лісовими пожежами - фізико-механічним, хімічним та з використанням ударних та вибухових хвиль - розглянуті особливості їх організаційно-технічного забезпечення.

В першому випадку найбільший ефект досягається при використанні збірних трубопроводів - мобільних протипожежних трубопровідних систем (МПТС). Для таких систем одержані гідравлічні характеристики, а також побудовані номограми, що забезпечують вибір структури та характеристик таких систем. На рис. 6 наведено приклад номограми, за допомогою якої визначаються основні технічні характеристики одного з варіантів МПТС (пристрій, що перекачує - ПСГ-160, насос - 6НГМ-, пожежні стволи - РС-70).

Стосовно до таких систем розроблений алгоритм організаційного забезпечення, що включає процедуру використання інформації щодо моделі швидкості розповсюдження лісової пожежі. Реалізація такого алгоритму дозволяє прийняти рішення щодо доцільності використання МПТС та визначити його конфігурацію в разі позитивного рішення. Для відстаней до 1 км визначений перелік технічних засобів гасіння лісових пожеж, а також аналітично розв'язана задача щодо вибору засобу доставки води до місця пожежі. Підґрунтям розв'язання цієї задачі є використання критичного значення подачі води (яке є функцією швидкості). З метою попередження та оперативної локалізації лісових пожеж можуть створюватися лісопожежні розриви або заслони. За умови, що час на виконання таких робіт для набору заходів та засобів, що використовується, обмежений, тобто:

Де початкове значення периметру пожежі, допустиме значення відстані від кромки пожежі до лісопожежної стрічки (заслону) а - час, що затрачується на проведення підготовчих робіт. Стосовно до хімічних засобів боротьби з лісовими пожежам, визначені залежності, використання яких дозволяє вирішувати комплекс організаційно-технічних задач для формування управлінських рішень. Наприклад, при реалізації засобу відпалення типу гребінки розрахунок заходів та засобів для локалізації і гасіння низової лісової пожежі виконується у відповідності з виразом:



Де виробнича здібність i-го засобу створення опорної стрічки та j-го апарату пуску відпалення відповідно.

Ефективність застосування різних заходів боротьби з лісовими пожежами зумовлена похибкою прийняття управлінського рішення, яка залежить від похибки визначення швидкості розповсюдження лісової пожежі. Зокрема, похибка приводить до появи похибки засобів пожежегасіння. Наприклад, для та при використанні автоцистерни типу АЦ-40 має місце збільшення таких засобів пожежегасіння на дві одиниці характеризує збільшення збитку від лісової пожежі внаслідок некоректного вибору засобів гасіння, зумовленого наявністю похибки визначення швидкості розповсюдження пожежі:

Рис. 7. - Залежність Э = Э(х, у):

Тут:

СП - вартість експлуатації пожежної техніки за один час;

t3 - час роботи пожежної техніки на пожежі;

S - площа пожежі;

C0 - вартість однієї умовної одиниці лісу;

t1 - час вигорання умовної одиниці лісу.



Тут збільшення збитку від лісової пожежі не перевищує двох відсотків.



ВИСНОВКИ

У роботі отримані нові науково обґрунтовані результати, які в сукупності забезпечують розв'язання науково-практичної задачі щодо створення методів визначення та вибору моделей та (або) оцінок швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі, а також щодо вияву особливостей їх практичного використання. небезпека пожежа займання

1) Показано, що швидкість розповсюдження фронту лісової пожежі є універсальною характеристикою, яка дозволяє визначити такі її інтегральні характеристики, як периметр, площа та ін., а процедура отримання оцінок швидкості може бути зведена до розв'язання задачі у рамках кібернетичного підходу до опису процесу горіння;

2) Для малих відхилень відносно стаціонарного режиму горіння лісова пожежа як низова, так і верхова уявляє собою кібернетичну систему, яку у першому наближенні можна інтерпретувати у вигляді одномірної динамічної системи з вхідним сигналом, що описується функцією Хевісайду або Діраку, а вихідним сигналом;

3) Задача отримання оцінок швидкості розповсюдження фронту низової та верхової пожежі зведена до задачі аналізу стійкості процесу горіння, в результаті розв'язання якої з використанням критерію Гурвіцу отримані аналітичні вирази для таких оцінок з урахуванням фізичних характеристик лісових горючих матеріалів, а також аеродинамічних та метеорологічних параметрів лісового масиву;

4) Для урахування впливу вітру та рельєфу місцевості на швидкість розповсюдження фронту лісової пожежі в модель введені мультиплікативні або адитивні функції впливу та показано, що останні є бажаними, бо в цьому випадку знижується чутливість швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі до похибок факторів, що впливають;

5) Запропоновано метод визначення моделі швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі, заснований на аналізі величини неузгодження між експрес-даними та модельними значеннями за допомогою модифікованого критерію Пейджа-Хінклі, що виключає необхідність використання масиву статистичних даних та дозволяє визначати моделі за останнім значенням вибірки. Експериментальним шляхом показано, що при зміні запасу ЛГМ в діапазоні (2,4-4,5) кг/м. кв. та рельєфу місцевості - (0-15), ідентифікація моделі швидкості розповсюдження фронту низової лісової пожежі здійснюється за час, котрий не перевищує 60 с;

6) Розроблений метод ідентифікації моделі швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі, який уявляє собою суперпозицію приватних (локальних) моделей, а її вагові коефіцієнти визначаються з використанням методу штрафних функцій або за допомогою невизначених множників Лагранжу, що забезпечує оптимальність процедури ідентифікації за швидкодією. Експериментальним шляхом показано, що для моделі швидкості розповсюдження фронту низової лісової пожежі, у якій незалежними змінними є запас горючої речовини та рельєф місцевості (кут нахилу), величина відносної похибки не перевищує 16%;

7) Вибір функцій впливу для урахування рельєфу місцевості та вітру може здійснюватися або завчасно - з використанням масиву статистичних даних, або на підставі експрес-аналізу інтегральних характеристик лісової пожежі - з використанням, наприклад, авіаційних засобів. В другому випадку процедурі експрес визначення інтегральних характеристик повинен передувати моніторинг, визначення та ідентифікація лісової пожежі, причому поєднання останнього з експрес-аналізом його інтегральних характеристик приводить до підвищення точності ідентифікації моделі швидкості розповсюдження лісової пожежі;

8) Стосовно до протипожежних трубопровідних установок розроблена система організаційно-технічного забезпечення боротьби з лісовими пожежами, яка забезпечує прийняття рішення щодо доцільності їх використання, виборі конфігурації та технічних характеристик. Розроблені рекомендації щодо вибору мінімально можливої відстані трубопроводу таких установок в залежності від величини швидкості розповсюдженн лісової пожежі;

9) У випадку використання води для локалізації та гасіння лісової пожежі за допомогою автоцистерн отримані умови, що визначають різноманітні варіанти прийняття управлінського рішення на її доставку, для кожного з яких обґрунтовано вибір числа засобів доставки;

10) Стосовно до хімічних засобів боротьби з лісовими пожежами наведено перелік можливих варіантів формування управлінських рішень, підґрунтям яких є використання інформації про швидкість розповсюдження пожежі;

11) Розроблена модель для оцінки ефективності використання моделей швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі, яка визначає величину можливого збитку від цієї пожежі в залежності від величини похибки моделі. Показано, що для випадку, коли затрати на локалізацію та гасіння лісової пожежі не перебільшують (10-15)% від вартості дільниці лісу, котра вигоріла, величина додаткового збитку не буде перевищувати (3-5)%, якщо величина відносної похибки визначення моделі швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі не перевищує 30%;

12) Методика експериментального визначення залежності швидкості розповсюдження фронту лісової пожежі від щільності лісового горючого матеріалу, вологовмісту та рельєфу місцевості, алгоритми побудови моделі для формування бази даних, а також рекомендації керівнику гасіння пожежі впроваджені при розробці організаційно-технічних заходів по боротьбі з лісовими пожежами в Бахчисарайському державному лісовому господарстві (акт від 17.11.02 р.) та в Старокримському державному лісомисливському господарстві (акт від 24.12.02 р.), що забезпечує скорочення часу повного розгортання сил та засобів, що використовуються для локалізації та гасіння пожежі, приблизно на 20%.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Говаленков С.В., Дыгало А.Н., Тимофеева Л.А. Анализ применения сил и средств при тушении лесных пожаров // Проблемы пожарной безопасности. Сб. науч. тр. - Харьков: Фолио, 2000. - Спец. вып. - С. 61-64.

2. Говаленков С.В., Дыгало А.Н., Тарасенко А.А. Оценка принятия решения руководителем тушения лесных пожаров // Проблемы пожарной безопасности. Сб. науч. тр. - Харьков: Фолио, 2001. - Вып. 9. - С. 40-42.

3. Костенко О.Л., Гвоздь В.М., Дыгало А.Н., Прохач Э.Е. Прогнозирование опасных факторов пожара // Проблемы пожарной безопасности. Сб. науч. тр. - Харьков: Фолио, 2001 - Вып. 10. - С 85-87.

4. Тюрин С.А., Тарасенко А.А., Дыгало А.Н. Анализ математических моделей лесных пожаров // Проблемы пожарной безопасности. Сб. науч. тр. - Харьков: Фолио, 2001 - Вып. 10. - С 195-198.

5. Дыгало А.Н., Прохач Э.Е., Абрамов Ю.А. Идентификация интегральных параметров лесных пожаров // Проблемы пожарной безопасности. Сб. науч. тр. - Харьков: Фолио, 2001 - Спец. вып. - С 19-29.

6. Гвоздь В.М., Дыгало А.Н. Модели температурных полей очагов пожаров // Пожежна безпека - 2001: Сб. наук. праць. - Львів: Сполом, 2001. - С. 484-485.

7. Дыгало А.Н., Кривцова В.И., Абрамов Ю.А. Оценка скорости распространения фронта верхового лесного пожара // Проблемы пожарной безопасности. Сб. науч. тр. - Харьков: Фолио, 2002. - Вып. 11. - С. 75-82.

8. Дыгало А.Н. Экспериментальная модель для скорости распространения фронта низового лесного пожара // Проблемы пожарной безопасности. Сб. науч. тр. - Харьков: АПБУ, 2002. - Вып. 12. - С. 91-93.

9. Говаленков С.В., Дыгало А.Н., Тарасенко А.А., Тюрин С.А. Перколяционная модель распространения верхового лесного пожара // Крупные пожары: предупреждение и тушение: материалы XVI НТК. - Москва: ВНИИПО МВД России, 2001. - Ч. 1. - С. 84-85.

Размещено на Allbest.ru

...