Оптимізація розміщення сил і засобів при локалізації ландшафтної пожежі

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО УКРАЇНИ З ПИТАНЬ НАДЗВИЧАЙНИХ СИТУАЦІЙ ТА У СПРАВАХ ЗАХИСТУ НАСЕЛЕННЯ ВІД НАСЛІДКІВ ЧОРНОБИЛЬСЬКОЇ КАТАСТРОФИ

УНІВЕРСИТЕТ ЦИВІЛЬНОГО ЗАХИСТУ

УКРАЇНИ

УДК 614.84

Спеціальність 21.06.02 - Пожежна безпека

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття

наукового ступеня кандидата технічних наук

ОПТИМІЗАЦІЯ РОЗМІЩЕННЯ СИЛ І ЗАСОБІВ ПРИ ЛОКАЛІЗАЦІЇ ЛАНДШАФТНОЇ ПОЖЕЖІ

Кривошликов Сергій Федорович

Харків - 2009



Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Університеті цивільного захисту України.

Науковий керівник - кандидат технічних наук Тарасенко Олександр Андрійович, Університет цивільного захисту України, докторант.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Алексієв Олег Павлович, Харківський Національний автодорожній університет МОН України, завідуючий кафедрою мехатроніки автотранспортних засобів;

кандидат технічних наук, доцент Заїка Петро Іванович, Академія пожежної безпеки ім. Героїв Чорнобиля МНС України, начальник кафедри пожежно-профілактичної роботи.

Захист відбудеться 14.05.2009 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.707.01 в Університеті цивільного захисту України за адресою: вул. Чернишевського, 94, м. Харків, 61023.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Університету цивільного захисту України за адресою: вул. Чернишевського, 94, м. Харків, 61023.

Автореферат розісланий 10.04. 2009 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради І.А. Чуб

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Ландшафтні пожежі є однією з найпоширеніших природних надзвичайних ситуацій на території України. Основну небезпеку для життєдіяльності людини і найбільші збитки при цьому приносять лісові пожежі та пожежі на сільськогосподарських угіддях.

Для зниження збитків від пожежі, що вже виникла, необхідно проводити науково обґрунтовані оперативно-тактичні заходи. Вони, в свою чергу, повинні базуватися на закономірностях виникнення і розвитку пожежі, а також ураховувати особливості тактичних прийомів гасіння та оптимально використовувати засоби пожежогасіння, що є у розпорядженні керівника. Найбільш ефективним інструментом виявлення цих закономірностей є математичне моделювання.

На сьогодні існує досить велика кількість робіт, в яких розглядаються математичні моделі, що описують різноманітні процеси і параметри, які притаманні ландшафтним (особливо лісовим) пожежам. Це моделі Г.А. Амосова, Є.С. Арцибашева, Е.Н. Валендика, О.Ю. Воробйова, А.М. Гришина, Г.А. Доррера, Е.В. Конєва, Н.П. Курбатського, Л.А. Суханова, Г.П. Теліцина, а також F.A. Albini, R.C. Rothermel, C. Van Vagner і інші. Такі дослідження проводяться і в Україні. Це роботи Ю.О. Абрамова, Є.М. Гуліди, О.М. Дигала, В.О. Комяк, В.М. Комяк, Л.М. Куценка, М.В. Литвина, Р.Л. Покровського, О.П. Созніка, О.А. Тарасенка.

В той же час існує істотне відставання в моделюванні процесів керованого впливу на пожежу, зокрема, - локалізацію пожежі. Відсутні моделі оптимального розміщення сил і засобів пожежогасіння при активній локалізації крайки пожежі. Таким чином, не ураховуються можливості зниження матеріальних і трудових витрат, збереження технічних ресурсів і природного фонду.

В зв'язку з цим є актуальною задача створення процедури визначення оптимальних параметрів тактики локалізації ландшафтних пожеж на основі моделей розповсюдження крайки пожежі і її локалізації.

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 № 0106U002310 по замовленню Державного департаменту пожежної безпеки МНС України.

Мета та задачі дослідження. Метою роботи є обґрунтування оптимального розміщення сил і засобів пожежогасіння при локалізації ландшафтної пожежі за критерієм мінімуму площі, що вигоріла.

Для досягнення поставленої мети необхідно вирішити наступні задачі:

- створити аналітичну математичну модель локалізації ландшафтної пожежі, що дозволяє отримати маршрути руху сил пожежогасіння і узагальнити цю модель на випадок осередку пожежі довільної форми. Ці моделі повинні створюватися на базі відомого прогнозу розвитку контуру пожежі і тактико-технічних характеристик засобів пожежогасіння, що використовуються.

- отримати математичні моделі інтегральних характеристик ландшафтної пожежі і процесу локалізації: площі, периметру, довжини локалізаційних шляхів, часу локалізації.

- застосувати отримані описи при моделюванні локалізації пожежі за допомогою нормативних тактичних прийомів: одночасного оточення, гасіння с фронту і гасіння з тилу, а також неодночасного оточення у випадку прибуття підкріплення.

- підтвердити адекватність отриманих моделей за допомогою проведення серії натурних експериментів.

- виробити критерій оптимізації параметрів локалізації ландшафтної пожежі. Використовуючи цей критерій, на основі розроблених моделей локалізації створити процедуру находження оптимальних параметрів гасіння, що включає в себе: вибір засобів пожежогасіння з доступного арсеналу, розміщення сил пожежогасіння, що озброєні цими засобами, вибір напрямку руху при гасінні крайки пожежі. На основі цих моделей і процедур отримати алгоритм прийняття рішень керівником гасіння ландшафтної пожежі.

Об'єкт дослідження - процеси, що протікають під час розповсюдження і гасіння ландшафтної пожежі.

Предмет дослідження - характеристики і параметри ландшафтної пожежі, на яку чиниться керований вплив.

Методи дослідження: методи геометричного, аналітичного та чисельного моделювання; методи математичної статистики, регресійний аналіз та теорія планування експерименту.

Наукова новизна отриманих результатів полягає у наступному:

- вперше отримано математичний опис процесу активної локалізації наземної ландшафтної пожежі, що містить в собі модель маршрутів руху сил пожежогасіння і моделі інтегральних характеристик процесу локалізації;

- вперше цей опис застосовано для моделювання рекомендованих тактичних прийомів локалізації ландшафтних пожеж - гасіння з фронту, тилу, одночасного оточення, а також прийому, що не знайшов місця у нормативній літературі, але широко застосовується в практиці пожежогасіння - неодночасного оточення;

- вперше показано, що відношення величини швидкості зростання периметру пожежі до величини сукупної швидкості локалізації засобів гасіння визначає успішність проведення локалізації ландшафтної пожежі. Запропоновано багатофакторну регресійну модель швидкості зростання периметру пожежі в залежності від швидкості вітру і інтегральних характеристик шару пального рослинного матеріалу;

- вперше обґрунтовано поняття «достатності» сил і засобів для оперативної локалізації ландшафтної пожежі, отримано процедуру оцінки мінімального необхідного арсеналу засобів пожежогасіння для оперативної локалізації пожежі; пожежогасіння ландшафтний оточення тил

- вперше отримано процедуру знаходження оптимальних за критерієм мінімуму площі, що вигоріла, параметрів тактики локалізації ландшафтної пожежі активними методами.

Практичне значення отриманих результатів. Результати досліджень у вигляді моделей інтегральних характеристик ландшафтних пожеж, алгоритмів і програмних продуктів є основою для формування оптимальних управлінських рішень при локалізації даного типу пожеж.

Методика прогнозування площі, периметру і часу локалізації степових, низових лісових і пожеж на сільськогосподарських угіддях, трудовитрат на їх локалізацію в залежності від кількості сил, тактико-технічних характеристик засобів пожежогасіння і використаної тактики гасіння, алгоритми для отримання оптимальної тактики гасіння, рекомендації керівнику гасіння використано при розробці організаційно-технічних заходів для боротьби з низовими лісовими, степовими і пожежами на сільгоспугіддях в Жовтневому держлісгоспі Харківської області (акт від 21.07.2006 р.), в комунальному підприємстві «Водолагаагроліс» (акт від 8.09.2006 р.) і в сільськогосподарському підприємстві ім. Чкалова Нововодолажського району Харківської області (акт від 10.08.2006 р.). Використання вказаних методик, алгоритмів і рекомендацій дозволило обґрунтувати можливі варіанти пожежогасіння і підвищити ефективність проведення протипожежних заходів. Розраховані варіанти пожежогасіння дозволяють знизити площу пожежі на 15-20% з одночасним зниженням трудовитрат на 20-25%.

Особистий внесок здобувача. В роботах, які опубліковані в співавторстві, особистий внесок здобувача полягає в вивченні особливостей процесу локалізації ландшафтної пожежі і його описі [1,2,3,9,10], моделюванні основних тактичних прийомів пожежогасіння [4,11-13], отриманні моделей локалізації осередку довільної форми [6], в обґрунтуванні вибору критерію оптимізації гасіння ландшафтної пожежі і отриманні процедури знаходження оптимальних параметрів моделі локалізації ландшафтної пожежі [5,7].

Апробація результатів роботи. Основні результати роботи доповідалися та обговорювалися на: III Міжнародній науково-практичній конференції «Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация» (м. Мінськ, 2005 р.), науково-практичній міжвузівський конференції «Природничі науки та їх застосування в діяльності служби цивільного захисту» (м. Черкаси, 2005 р.), VII Всеукраїнський науково-практичній конференції рятівників «Пожежна безпека та аварійно-рятувальна справа: стан, проблеми і перспективи» (м. Київ, 2005 р.), Міжнародній науково-практичній конференції «Природничі науки та їх застосування в діяльності служби цивільного захисту» (м. Черкаси, 2005 р.), II Міжнародній науково-технічній конференції «Шляхи автоматизації, інформатизації та комп'ютеризації діяльності МНС України» (м. Харків, 2005 р.), Міжнародній науково-практичній конференції «Природничі науки та їх застосування в діяльності служби цивільного захисту» (м. Черкаси, 2006 р.), а також на постійно діючому науково-технічному семінарі УЦЗ України (м. Харків, 2005 - 2008 рр.).

Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковано в монографії, сімох наукових статтях у виданнях, що входять до переліку ВАК України, та в шістьох тезах доповідей на наукових конференціях.

Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, чотирьох розділів, висновків та додатку. Загальний обсяг дисертації складає 156 сторінок, вона містить 60 рисунків, 12 таблиць і 130 використаних літературних джерел.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

В першому розділі наведено класифікацію ландшафтних пожеж, моделей їх розповсюдження та гасіння. Наголошується, що найбільші збитки приносять пожежі лісові та хлібні (на сільгоспугіддях).

Зауважується, що математичне моделювання ландшафтних пожеж є найбільш ефективним засобом для вияву закономірностей цього явища, а також для обґрунтування рекомендацій по боротьбі з ними.

Підкреслюється, що згідно з роботами відомого спеціаліста в галузі моделювання лісових пожеж А.М. Гришина, наземні ландшафтні і низові лісові пожежі мають однаковий фізичний механізм розповсюдження, і тому можна застосовувати спільні моделі для опису їх динаміки. Це дозволяє використовувати існуючи моделі швидкості поширення крайки низової лісової пожежі для випадків степових і пожеж на сільгоспугіддях, що, в свою чергу, припускає достатньо простий перехід до інтегральних характеристик - площі, периметру і форми контуру пожежі.

Прогноз контуру лежить в основі оперативно-тактичних заходів по боротьбі з ландшафтною пожежею. Основною складовою частиною їх є локалізація, яку можна розглядати як процес взаємодії крайки пожежі з силами пожежогасіння. Існуючі нормативні документи по боротьбі з ландшафтними (в першу чергу - лісовими) пожежами не в змозі охопити весь можливий спектр сценаріїв боротьби з цією небезпекою і мають характер рекомендацій, а не директив. Тому приймаючи тактичні рішення стосовно сценарію ліквідації ландшафтної пожежі, а саме: обранні методів і засобів локалізації, розстановки основних сил пожежогасіння та підкріплень, напрямку їх руху тощо, керівник гасіння здебільш спирається на власний досвід, що не завжди дозволяє мінімізувати наслідки пожежі.

Зауважується, що існуючі нормативні документи не дозволяють обчислити необхідну кількість сил та засобів пожежогасіння для своєчасної локалізації пожежі. Розглянуті в них тактичні прийоми локалізації стосуються лише осередку пожежі у вигляду еліпсу і не містять рекомендацій щодо дій з підкріпленнями, які прибувають до місця пожежі пізніше основних сил.

Прорахувати можливі наслідки застосування тієї чи іншої тактики локалізації можна за допомогою відповідних моделей. В той же час, математичні моделі активної локалізації ландшафтної пожежі, навіть для найпростішого випадку - рівнинної місцевості, постійного вітрового впливу та однорідного ландшафту, відсутні. Відповідно, відсутні моделі оптимізації процесу гасіння ландшафтної пожежі.

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

В другому розділі створюються математичні моделі локалізації ландшафтної пожежі.

Контур пожежі, що описується в полярних координатах з полюсом в точці загорання і полярною віссю за напрямом вітру, в момент часу t задано лінією 1, у момент часу t+dt - лінією 2 (рис. 1). Розповсюдження пожежі відбувається з постійною за часом швидкістю, що описується годографом

, (1)

де , - полярний кут, v0 -швидкість розповсюдження пожежі при відсутності вітру, м/хв; VB - швидкість вітру, м/хв; k - коефіцієнт, що враховує вплив роздмухання полум'я; с- параметр, що враховує питому теплоємність паливних матеріалів, м/хв. Гасіння відбувається вздовж крайки пожежі з середньою швидкістю у напрямку відрізку АС. Радіус області пожежі

, (2)

де - контур пожежі (осередку) в момент початку локалізації .

В випадку, коли пожежа з моменту виникнення t=0 розповсюджується в таких самих умовах, що і надалі (ідеалізований випадок), час Т локалізації відрізку дуги крайки пожежі дорівнює

. (3)

Моделі траєкторії маршруту при локалізації ідеалізованого осередку пожежі при русі сил пожежогасіння в додатному та від'ємному напрямках обходу контуру, що вийшли одночасно з однієї точки і рухаються в протилежних напрямках мають вигляд

де

Приклад, що ілюструє моделі (4), зображено на рис.2

Точку перетину траєкторій і знаходимо з чисельного розв'язку рівняння

, . (5)

Модель (4)-(5) може бути використана при моделюванні основних тактичних прийомів локалізації: гасіння з фронту, тилу та довільної точки контуру, а також поширена на випадок одночасного оточення парною кількістю підрозділів (рис. 3).

Крім того, в практиці пожежогасіння широко застосовується локалізація за допомогою підкріплення, що прибуває пізніше основних сил. Приклад такого моделювання наведено на рис. 4.

Для моделювання процесу гасіння осередку довільної форми з використанням довільної тактики локалізації (в тому числі с застосуванням підкріплень) створено програмне забезпечення, яке дозволяє на основі даних:

швидкість вітру VB (м/хв);

форма контуру осередку пожежі , що дозволяє знайти площу (га) и периметр (км) осередку;

кількість i підрозділів, що приймає участь в локалізації;

середня лінійна швидкість гасіння крайки пожежі для технічного засобу гасіння, що використовується кожним підрозділом (м/хв);

час початку локалізації для кожної пари підрозділів (хв);

початкове місцеположення сил пожежогасіння біля контуру пожежі (градуси);

інтегральні показники, що характеризують шар рослинного паливного матеріалу k, c (м/хв), (м/хв).

на виході отримувати інформацію:

зображення форми контуру пожежі на момент закінчення гасіння (рис.5);

площа пожежі (га);

периметр пожежі (км);

довжина локалізаційного маршруту для кожного i-го підрозділу (км);

час локалізації для кожного i-го підрозділу (хв);

кінцеве місцеположення кожного i-го підрозділу на момент закінчення процесу локалізації (градуси).

Дано аналіз нормативних тактичних прийомів локалізації. Показано, що не існує універсальних рекомендацій, щодо обрання сценарію гасіння, - в кожному випадку необхідно використовувати притаманну лише цьому випадку тактику локалізації, яка обумовлена параметрами осередку пожежі та кількісними характеристиками сил та засобів пожежогасіння.

В третьому розділі наведено експериментальне підтвердження моделей локалізації ландшафтної пожежі, створено процедуру знаходження оптимальних параметрів тактики локалізації та оцінена ефективність оптимальної локалізації порівняно з результатами, що отримані за допомогою експертних оцінок.

Експериментальне підтвердження моделей локалізації відбувалося шляхом порівняння довжини модельних (теоретичних) локалізаційних кривих (максимальна площа пожежі сягала 18 га) з експериментальними , що були отримані при проведенні серій натурних експериментів для степових пожеж, під час палів сільськогосподарських залишків та при виїзді на весняні низові лісові пожежі (всього 12 дослідів при різних значеннях швидкості вітру). Використана тактика локалізації - гасіння з фронту, з тилу, одночасне оточення (до 8 гасильників). Прийоми локалізації - гасіння захлистуванням та водою з ранцевих лісових оприскувачів РЛО-М. Знайдене значення відносної похибки сягає не більше 23%, що підтверджує вірність отриманих моделей.

Як видно з матеріалів другого розділу та рисунків 4-5, в залежності від обраних параметрів тактики гасіння, інтегральні показники пожежі приймають різні значення навіть для одного й того ж арсеналу вогнегасячих засобів. Тому має сенс казати про вибір оптимальних параметрів тактики гасіння. В якості критерію оптимальності при гасінні пожежі, обрано мінімум її площі

(6)

мінімальні параметри тактики локалізації: початкове місцеположення та напрям руху сил пожежогасіння.

Для виявлення ступеню ефективності даного алгоритму, результати, отримані за його допомогою, порівнювалися з результатами, наданими групою експертів з кола спеціалістів пожежної охорони, що керували ліквідацією ландшафтних пожеж.

З цією метою їм було запропоновано розглянути модельний осередок пожежі та прогноз її розвитку (рис. 7), арсенал засобів пожежогасіння та час прибуття основних підрозділів і підкріплення до місця пожежі. Від експертів вимагалося розставити сили пожежогасіння вздовж контуру пожежі та вказати напрям їх руху (тим самим обрати тактику локалізації), з метою отримати як можна меншу площу пожежі. Після отримання цих результатів (серед яких були такі, що повторювались), за допомогою програмного забезпечення, що описано в другому розділі, було отримано інтегральні характеристики області пожежі (насамперед площі ) за версіями кожного з i-го експертів. Цім оцінкам присвоювалися вагові коефіцієнти

, (7)

де i - номер експерта (i=1…N, N=22 - кількість експертів), - кількість пожеж, що були загашені під керівництвом кожного з них. Такий крок було обумовлено існуванням кореляційного зв'язку між величиною та площею пожежі (коефіцієнт кореляції =0,76).

Значення середньозваженої площі пожежі обчислювалось за формулою

, (8)

де - кратність результатів, наданих експертами, - вага результату, - номер результату (), .

Сукупна вага результатів, таких що дорівнювала 112/134.

Окрім того, серед результатів експертів було виявлено такий, що забезпечує мінімальну (серед версій експертів) площу пожежі. Вага такого результату склала 35/134.

Результат, отриманий за виразом (8), а також результати , отримані у наслідок застосування тактики, рекомендованої нормативними документами - гасіння з фронту та тилу, порівнювались з результатом оптимальної локалізації (рис. 8) шляхом введення коефіцієнтів ефективності

, (9)

де позначено .

Значення 1,51;1,54; 1,49 демонструють суттєву перевагу запропонованої процедури знаходження оптимальних параметрів локалізації як порівняно з експертними оцінками, так і з рекомендованою нормативними документами тактикою гасіння. Для найкращого результату за версією експертів К=1,37. Крім того виявлено, що час локалізації за оптимальним сценарієм не є найменшим серед можливих

, (10)

В четвертому розділі побудовано поліноміальну модель росту периметру пожежі, що дозволяє оцінити необхідну кількість сил та засобів пожежогасіння і отримано алгоритм прийняття рішень керівником гасіння пожежі.

Для вдалої локалізації ландшафтної пожежі необхідно, щоб сукупна швидкість гасіння всіх задіяних засобів привищувала швидкість зростання периметру пожежі

. (11)

Тому по прибутті на місце пожежі, необхідно знайти швидкість поширення периметру пожежі . Оскільки рішення цієї задачі в практичних умовах є доволі складним, то необхідно знайти теоретичну оцінку цього параметру, виходячи з інформації про шар рослинного матеріалу та вітровий вплив.

З цією метою, застосовуючи модель еволюції контуру пожежі (1)-(2) для різних осередків, було отримано значення периметру L(t) області пожежі для моментів часу ti. Була виявлена залежність, близька до лінійної. Тому можна знайти величину як

. (12)

Величина периметру пожежі в вказані моменти часу обчислювалась при різних значеннях параметрів v0, VB , k, с. Після чого будувалися поліноміальні моделі , які апроксимували данні. На основі (12) отримано модель

-8.63+0.000007()2-0.000169с2- 4.12()2-0.0004+10.8+

+0.0749с-0.0000235с-0.006+0.0061+35k+9.7k-1.42kс, (13)

де []=м/хв.

Графік залежності при фіксованих значеннях v0 і с наведено на рис. 9. Видно, що відмінність в значеннях швидкості поширення пожежі при різних вказаних значеннях інтегральних параметрів незначна (при інших значеннях - ще менша).

В практичних умовах для визначення величини можна використовувати номограми, приклад яких наведено на рис. 10.

Проведено дослідження похибки величини периметру, розрахованого на основі моделі (13) та моделі (1)-(2). Ця похибка не перевищує 16% (на інтервалі часу до 400 хв). Сукупно ж з експериментальною похибкою моделі (1)-(2) модель (13) дає похибку не більше 23%.

Можливість визначити швидкість зростання периметру пожежі дозволяє керівнику гасіння виробляти рішення, щодо тактики локалізації, а саме, вирішувати одну з двох задач: залучити до гасіння таку кількість сил та засобів, щоб провести локалізацію пожежі в назначений термін, або навпаки - для наданого арсеналу оцінити час локалізації.

Локалізація за час Т можлива, якщо окрім умови (11) виконується умова

, . (14)

де - середня швидкість локалізації і-го засобу, ТО - термін, що обмежує зверху час локалізації (оперативна локалізація).

На рис. 11 наведено графік залежності (14), на основі якого будуються номограми для визначення часу локалізації ландшафтної пожежі при відомих швидкості гасіння крайки та швидкості зростання периметру.

Для випадку рішення протилежної задачі - визначення необхідної кількості засобів пожежогасіння для оперативної локалізації пожежі за час не більший , також побудовано номограми, приклад яких наведено на рис. 12.

Т() при t0=100 хв

В цьому випадку необхідно виконання умови

. (15)

Зазначимо, що ліва частина нерівності дозволяє обчислити нижчу границю необхідної кількості засобів пожежогасіння.



Рис. Алгоритм дії керівника гасіння при локалізації ландшафтної пожежі

В випадку невиконання умови (11) необхідно запросити підкріплення. Якщо підкріплення прибуває в момент часу, і одночасно в інтервалі в гасінні приймають участь (j=1..K) підрозділів, то умова локалізації буде мати вигляд



(16)

де будемо вважати . При цьому хоча б для одного з j повинна виконуватися нерівність

. (17)

На основі (16) маємо умову оперативної локалізації для випадку неодночасного оточення

. (18 )

Маючи можливість оцінити час локалізації ландшафтної пожежі і використовувати програмне забезпечення для відшукання оптимальних параметрів локалізації, керівник гасіння може діяти згідно з наведеним на рис. 13 алгоритмом. Вибір методів та технічних засобів для гасіння пожежі залежить від виду, інтенсивності та швидкості поширення пожежі, арсеналу засобів, чисельності підрозділів та застосованих тактичних прийомів гасіння. Кожен з прийомів характеризується своєю швидкістю локалізації пожежі, при цьому керівник гасіння, як правило, не має широкої можливості обирати засоби пожежогасіння. Тому основні резерви підвищення ефективності боротьби з пожежею знаходяться в раціоналізації процесу розміщення сил та засобів пожежогасіння. Запропоновані моделі, алгоритми і програми дозволяють зробити це оптимальним чином.

ВИСНОВКИ

В роботі отримані нові науково обґрунтовані результати, які в сукупності забезпечують розв'язання науково-практичної задачі визначення оптимальних параметрів розміщення сил і засобів пожежогасіння при локалізації ландшафтної пожежі за критерієм мінімуму площі, що вигоріла.

1. Виявлено відсутність математичних моделей, що дозволяють на оперативно-тактичному рівні ефективно розв'язувати задачі локалізації ландшафтної пожежі активними методами гасіння. Нормативні документи, що використовуються в практиці пожежогасіння і рекомендації керівнику гасіння, не призводять, в загальному випадку, до оптимального сценарію боротьби з ландшафтною пожежею.

2. Отримано математичні моделі маршрутів руху сил і засобів, просторово-часових характеристик області пожежі при активній локалізації осередку довільної форми з використанням нормативних тактичних прийомів пожежогасіння (гасіння з фронту, гасіння з тилу, одночасне оточення).

3. Розроблено модель методу локалізації ландшафтної пожежі, який засновано на послідовному введенні сил і засобів пожежогасіння (використання підкріплень).

4. Визначена залежність інтегральних характеристик ландшафтної пожежі від параметрів управлінських рішень. Показано, що ефективність алгоритмів використання сил і засобів для локалізації осередку пожежі практично в повному обсязі визначається характеристиками цього осередку і арсеналом засобів пожежогасіння.

5. Отримано оцінку адекватності математичної моделі локалізації ландшафтної пожежі. Показано, що для такої інтегральної характеристики, як довжина локалізаційної кривої, похибка неспівпадіння теоретичних та експериментальних даних не перевищує 22,8%.

6. Запропоновано критерій оптимального сценарію пожежогасіння - обрана тактика локалізації повинна забезпечувати мінімальну площу території, що вигоріла. На його основі розроблено алгоритм і програмне забезпечення, що дозволяють для наданих умов отримати оптимальні параметри тактики локалізації ландшафтної пожежі. Показано, що в порівнянні з результатами, які отримані на основі експертних оцінок і нормативних документів, використання оптимальної тактики пожежогасіння забезпечує зменшення площі пожежі в 1,37-2,13 рази.

7. Показано, що відношення швидкості зростання периметра області пожежі до сукупної швидкості гасіння використаних засобів пожежогасіння доцільно використовувати в якості базового параметру для оцінки часу локалізації пожежі. Отримано модель швидкості зростання периметру, що ураховує інтегральні характеристики рослинного паливного матеріалу і швидкість вітру. Дано строге обґрунтування понять «оперативної локалізації» та «достатності» кількості сил і засобів для успішної локалізації пожежі.

8. Розроблено алгоритм дій керівника гасіння пожежі, який з використанням отриманих моделей і програм, дозволяє отримати кількісні оцінки параметрів гасіння пожежі і виробити оптимальну тактику її локалізації.

9. Методика прогнозування площі, периметру і часу локалізації степових, низових лісових і пожеж на сільськогосподарських угіддях, трудовитрат на їх локалізацію в залежності від кількості сил, тактико-технічних характеристик засобів пожежогасіння і використаної тактики гасіння, алгоритми для отримання оптимальної тактики гасіння, рекомендації керівнику гасіння використано при розробці організаційно-технічних заходів для боротьби з низовими лісовими, степовими і пожежами на сільгоспугіддях. Використання вказаних методик, алгоритмів і рекомендацій дозволило обґрунтувати можливі варіанти пожежогасіння і підвищити ефективність проведення протипожежних заходів. Розраховані варіанти пожежогасіння дозволяють знизити площу пожежі на 15-20% з одночасним зниженням трудовитрат на 20-25%.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Абрамов Ю.А. Математические модели развития ландшафтных пожаров и тактики их локализации / Абрамов Ю.А., Кривошлыков С.Ф., Тарасенко А.А. - Харьков: УГЗ Украины, 2007. - 32 с.

2. Калиновский А.Я. Математические модели процессов локализации простого ландшафтного пожара / Калиновский А.Я., Кривошлыков С.Ф., Тарасенко А.А. // Проблемы пожарной безопасности. - 2005. - Вып. 17. - С. 61 - 65.

3. Абрамов Ю.О. Моделювання маршрутів руху сил та засобів пожежогасіння при локалізації низової лісової пожежі / Абрамов Ю.О., Кривошликов С.Ф., Тарасенко О.А. // Пожежна безпека. - 2005. - № 6. - С. 19-21.

4. Кривошлыков С.Ф. Моделирование маршрутов локализации простого ландшафтного пожара / Кривошлыков С.Ф., Абрамов Ю.А., Тарасенко А.А. // Проблемы пожарной безопасности. - 2005. - Вып. 18. - С. 98 - 101.

5. Кривошлыков С.Ф. Оптимизация параметров тактики тушения простого ландшафтного пожара для случая негарантированного прибытия подкреплений / Кривошлыков С.Ф., Абрамов Ю.А. // Проблемы пожарной безопасности. - 2006. - Вып. 19. - С. 78 - 82.

6. Кривошлыков С.Ф. Модель локализации простого ландшафтного пожара с произвольной формой очага / Кривошлыков С.Ф., Абрамов Ю.А., Тарасенко А.А. // Проблемы пожарной безопасности. - 2006. - Вып. 20. - С. 115 - 118.

7. Кривошлыков С.Ф. Алгоритм оптимизации параметров тактики тушения простого ландшафтного пожара / Кривошлыков С.Ф., Абрамов Ю.А., Тарасенко А.А. // Проблеми надзвичайних ситуацій. - 2006. - Вып. 3. - С. 58 - 63.

8. Кривошлыков С.Ф. Оценка необходимого количества сил и средств пожаротушения для оперативной локализации ландшафтного пожара / Кривошлыков С.Ф. // Проблеми пожежної безпеки. - 2008. - Вип. 24. - С. 79 - 84.

9. Абрамов Ю.А. Расчет траектории движения сил пожаротушения при локализации ландшафтного пожара / Абрамов Ю.А., Кривошлыков С.Ф., Тарасенко А.А. // Природничі науки та їх застосування в діяльності служби цивільного захисту: наук.-практ. міжвуз. конф., 28 квітня 2005 р.: тези доп. - Черкаси, 2005. - С. 16.

10. Абрамов Ю.А. Аналитическая модель трактории движения сил пожаротушения при локализации ландшафтного пожара / Абрамов Ю.А., Кривошликов С.Ф., Тарасенко А.А. // Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация: III междунар. науч.-практ. конф., 2005 г.: тезисы докл. - Минск, 2005. - С. 20-21.

11. Абрамов Ю.А. Математическая модель процесса двусторонней локализации простого ландшафтного пожара / Абрамов Ю.А., Кривошлыков С.Ф., Тарасенко А.А. // Шляхи автоматизації, інформатизації та комп'ютеризації діяльності МНС України: II міжнар. наук.-практ. конф., 2005 р.: тези доп. - Харків, 2005. - С. 8-10.

12. Абрамов Ю.О. Моделювання основних тактичних прийомів гасіння ландшафтних пожеж / Абрамов Ю.О., Кривошликов С.Ф., Тарасенко О.А. // Пожежна безпека та аварійно-рятувальна справа: стан, проблеми і перспективи: VII Всеукраїнська наук.-практ. конф. рятувальників, 30 лист.-1 гр. 2005 р.: тези доп. - К., 2005. - С. 151-154.

13. Абрамов Ю.А. Модели тактических приемов тушения ландшафтного пожара / Абрамов Ю.А., Кривошлыков С.Ф., Тарасенко А.А. // Пожежна та техногенна безпека: між нар. наук.-практ. конф., 1-2 гр. 2005 р.: тези доп. - Черкаси, 2005. - С. 202-204.

14. Кривошлыков С.Ф. Алгоритм минимизации времени локализации простого ландшафтного пожара / Кривошлыков С.Ф. // Природничі науки та їх застосування в діяльності служби цивільного захисту: між нар. наук.-практ. конф., 12-13 трав. 2006 р.: тези доп. - Черкаси, 2006. - С. 32-33.

АНОТАЦІЯ

Кривошликов С.Ф. Оптимізація розміщення сил і засобів при локалізації ландшафтної пожежі. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.02 - Пожежна безпека. - Університет цивільного захисту України, Харків, 2007.

Запропоновано поширити моделі розвитку лісових низових пожеж для опису динаміки наземних ландшафтних пожеж. На базі прогнозу розповсюдження контуру побудовано модель активної локалізації пожежі, що розвивається в рівнинних ландшафтно-однорідних умовах.

Отримана модель дозволяє обчислювати характеристики - периметр, площу, час локалізації, вигляд контуру тощо для осередку пожежі довільної форми, враховуючи вітровий вплив, інтегральні характеристики шару рослинного горючого матеріалу, чисельність сил та арсенал засобів пожежогасіння. Модель застосовано для опису основних тактичних прийомів активної локалізації - гасінні з фронту, тилу, одночасного оточення. Запропоновано її використання при моделюванні локалізації з залученням підкріплень.

Отримано процедуру оптимізації (в сенсі мінімуму площі пожежі) тактики локалізації.

Показано, що успішність локалізації визначається співвідношенням між тактико-технічними характеристиками засобів пожежогасіння та швидкістю зростання периметру пожежі, для якої отримано багатофакторну модель.

Розроблено рекомендації по формуванню управлінських рішень при локалізації ландшафтної пожежі.

Ключові слова: ландшафтна пожежа, модель, тактика локалізації, оптимізація, управлінські рішення.



ABSTRACT

Krivoshlikov S.F. Optimization of disposition of man-power and technical facilities for localization of landscape fire - Manuscript.

A dissertation for the degree of candidate of engineering sciences on specialty 21.06.02. - Fire safety. - Civil Defense University of Ukraine, Kharkiv, 2007.

It is offered to increase the models of the spreading of the low wildfires for description of dynamics of overland type landscape fire. The model of active localization of fire which spreading on homogeneous landscape is based on forecasting of its contour.

The model allows to calculate the characteristics of fire: perimeter, square, time of localization, shape of contour etc. The model considers wind influence, integral features of vegetable combustible material, man-power and technical facilities. The model is used for description of main tactical acceptance of active localization - front extinguishing, rear extinguishing, encirclement. It is used for modeling of localization with serial entering of man-power and technical facilities.

Procedure of optimization of extinguishing tactics is build. An optimization criterion is minimum of fire square.

It is shown that success of localization is defined by characteristics of the technical facilities and velocity of fire perimeter growing. The polynomial model for this case is build.

The recommendations for management of landscape fire localization are present in the work.

Keywords: landscape fire, model, localization tactics, optimization, management decisions.



АННОТАЦИЯ

Кривошлыков С.Ф. Оптимизация размещения сил и средств при локализации ландшафтного пожара. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.02 - Пожарная безопасность - Университет гражданской защиты Украины, Харьков, 2007.

Предложено расширить модели развития низовых лесных пожаров для описания динамики наземных видов ландшафтных пожаров.

На основе прогноза распространения контура, методами математического анализа построена модель активной локализации пожара, который развивается в равнинных ландшафтно-однородных условиях. Модель позволяет получать маршруты перемещения сил пожаротушения при непосредственном тушении кромки пожара и, соответственно, движении сил пожаротушения вдоль границы распространяющейся области пожара.

Полученная модель позволяет вычислять характеристики - периметр, площадь, время локализации, вид контура и т.д. для очага пожара произвольной формы, учитывая вид очага, ветровое воздействие, интегральные характеристики слоя растительного горючего материала, численность сил, время их прибытия к очагу и арсенал средств пожаротушения. Модель использована для описания основных тактических приемов активной локализации - тушения с фронта, тушения с тыла, единовременного окружения с использованием четного числа подразделений, каждое из которых может быть оснащено своим видом средств пожаротушения. Предложено использование модели при описании локализации методом последовательного введения новоприбывших сил (тушение с помощью подкреплений). Показано, что площадь пожара, длина маршрутов сил пожаротушения и время локализации определяются выбором и расстановкой сил и средств пожаротушения и направлением их движения вдоль контура очага пожара, т.е. от параметров тактических управленческих решений, принимаемых руководителем тушения.

Получена процедура оптимизации (по критерию минимума площади пожара) тактики локализации. Показано, что критерии минимума выгоревшей площади и минимума времени локализации, в общем случае, не эквивалентны.

Показано, что эффективность использования модели оптимального размещения сил и средств выше, нежели использование сценариев пожаротушения, полученных на основе экспертных оценок либо на основе нормативных документов.

Показано, что успешная локализация пожара возможна лишь в случае превышения суммарной производительности средств пожаротушения скорости роста периметра области пожара. Поскольку практически оценить последний показатель затруднительно, то получена его полиномиальная многофакторная модель, учитывающая ветровое воздействие и интегральные характеристики слоя растительного горючего материала. Это позволяет решить одну из двух задач - для имеющегося арсенала сил и средств найти верхнюю границу времени локализации пожара, либо, задавая время локализации, определить необходимый набор сил и средств пожаротушения (без учета параметров тактики локализации). Для оперативного решения данных задач предложены соответствующие номограммы.

Использование разработанного программного обеспечения приводит к снижению расчетного времени локализации за счет оптимального размещения сил и средств пожаротушения.

Разработаны рекомендации по формированию управленческих решений при локализации ландшафтного пожара, включающие в себя алгоритм действий руководителя тушения для различных случаев обеспечения силами и средствами.

Ключевые слова: ландшафтный пожар, модель, тактика локализации, оптимизация, управленческие решения.

Размещено на Allbest.ru

...