Разработка методов и алгоритмов прогнозирования техногенных чрезвычайных ситуаций для экспертных систем на основе ГИС – технологий

Размещено на http://www.allbest.ru/

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени кандидата технических наук

по специальности 05.13.01 - «Системный анализ, управление и обработка информации»

Разработка методов и алгоритмов прогнозирования техногенных чрезвычайных ситуаций для экспертных систем на основе ГИС - технологий

Котов Дмитрий

Минск, 2012

Работа выполнена в Белорусском государственном университете.

Научный руководитель - Саечников Владимир Алексеевич,

доктор физико-математических наук, доцент, заведующий кафедрой физики и аэрокосмических технологий Белорусского государственного университета.

Официальные оппоненты: Голенков Владимир Васильевич - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой интеллектуальных информационных технологий УО «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»;

Мурашко Николай Иванович - кандидат технических наук,
заведующий лабораторией системотехники ГНУ «Объединенный институт проблем информатики Национальной академии наук Беларуси».

ВВЕДЕНИЕ

Для Республики Беларусь наиболее характерны следующие виды чрезвычайных ситуаций (ЧС) техногенного характера: пожары, взрывы, аварии с выбросом сильнодействующих ядовитых веществ (СДЯВ), гидродинамические аварии (прорывы плотин, дамб шлюзов, перемычек с возникновением волны прорыва, катастрофических затоплений или прорывного паводка) и природного характера: гидрологические опасные явления (наводнения, половодья и дождевые паводки).

На момент начала исследования в Республиканском центре управления и реагирования на чрезвычайные ситуации Министерства по чрезвычайным ситуациям (МЧС) Республики Беларусь функционировала геоинформационная система, в которую были интегрированы программные средства прогнозирования развития обстановки для отдельных видов ЧС, например, при возникновении наводнений, разработанные в БГУ.

В то же время отсутствовали системы прогнозирования зон поражения при возникновении чрезвычайных ситуаций на химически опасных и пожаровзрывоопасных объектах и гидротехнических сооружениях напорного фронта, что связано с отсутствием алгоритмов и программного обеспечения прогнозирования таких ЧС и недостаточным количеством известных исходных данных. Результатом функционирования экспертной системы поддержки принятия решений является план ликвидации ЧС, базирующийся на результатах прогнозирования, которое, в свою очередь, связано с вводом и обработкой большого количества исходных данных, что нередко сопровождается введением ошибочных параметров и формированию некорректного прогноза. Кроме того, быстрое изменение условий развития ЧС существенно затрудняет оперативное реагирование и разработку адекватных мероприятий по ликвидации ее последствий. В связи с этим актуальной задачей является минимизация количества исходных данных и разработка экспресс-метода прогнозирования зон заражения и поражения при минимальном количестве параметров.

Настоящая работа посвящена разработке алгоритмического и программного обеспечения модулей прогнозирования для экспертных систем поддержки принятия решений при возникновении ЧС на пожаровзрывоопасных, химически опасных объектах и гидротехнических сооружениях напорного фронта, а также созданию экспресс-метода прогнозирования зон заражения и поражения при минимизированном количестве входных данных.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Связь работы с крупными научными программами, темами

Диссертационная работа выполнена на кафедре физики и аэрокосмических технологий БГУ в рамках заданий: «Разработка программного средства визуализации карт риска населению Беларуси от природных и техногенных чрезвычайных ситуаций» государственной программы прикладных исследований «Снижение рисков чрезвычайных ситуаций» (№ гос. рег. 20061218, сроки выполнения 23.03.2006-31.12.2007); «Разработать программное средство построения зон затопления на цифровых картах при прохождении волны прорыва гидротехнического сооружения напорного фронта» государственной научно-технической программы «Защита от ЧС» (№ гос. рег. 20082776, сроки выполнения 04.06.2008-16.03.2009) и проекта Белорусского республиканского фонда фундаментальных исследований «Разработка экспресс-метода прогнозирования зон поражения при авариях на пожаровзрывоопасных объектах, содержащих аварийно химически опасные вещества» (№ гос. рег. 20101786, сроки выполнения 01.05.2009-31.03.2012).

Цель и задачи исследования

Цель работы - разработка методов, алгоритмов и программного обеспечения прогнозирования развития ЧС техногенного характера (пожары, взрывы, аварии с выбросом СДЯВ, гидродинамические аварии) для функционирования экспертной системы поддержки принятия решений МЧС Республики Беларусь.

Для достижения цели работы в диссертации необходимо решить следующие задачи.

1. Разработать алгоритмы и программное обеспечение для прогнозирования формирования зон поражения при ЧС: на гидротехнических сооружениях напорного фронта на реках Беларуси и на пожаровзрывоопасных объектах Республике Беларусь.

2. Разработать метод расчета, алгоритмы и программные средства визуализации зон заражения при изменяющихся метеорологических условиях.

3. Оптимизировать входные данные для прогнозирования зон заражения и поражения при ЧС на химически- и пожаровзрывоопасных объектах и разработать экспресс-метод прогнозирования зон заражения и поражения при минимизированном количестве входных данных.

Объект исследования - системы прогнозирования развития ЧС на аварийно химически опасных и пожаровзрывоопасных объектах и гидротехнических сооружениях напорного фронта. Предмет исследования - методы и алгоритмы прогнозирования развития ЧС на аварийно химически опасных и пожаровзрывоопасных объектах и гидротехнических сооружениях напорного фронта. Выбор объекта и предмета исследования обусловлен отсутствием в Республике Беларусь систем прогнозирования развития этих ЧС.

Положения, выносимые на защиту

1. Алгоритмическое и программное обеспечение для прогнозирования развития ЧС: на гидротехнических сооружениях напорного фронта, учитывающее их конструктивные особенности (грунтовые гидротехнические сооружения с напором 10-12 метров, построенные на равнинной местности) и гидроморфометрические параметры (пойменность, зарегулированность и залесенность рек Беларуси), а также на пожаровзрывоопасных объектах Республики Беларусь, технологической особенностью которых является содержание пожаровзрывоопасных СДЯВ, позволяющее оценить риск и вероятность гибели людей при пожарах и взрывах, при возникновении таких поражающих факторов, как избыточное давление, развиваемое при сгорании газо- или паровоздушных смесей, и тепловое излучение при сгорании веществ и материалов, интегрированное в экспертную систему поддержки принятия решений МЧС Республики Беларусь.

2. Алгоритмическое и программное обеспечение расчета и визуализации зон заражения химически опасными веществами при изменяющихся метеорологических условиях.

3. Экспресс-метод прогнозирования зон заражения территории и поражения людей при ЧС на химически- и пожаровзрывоопасных объектах, позволяющий использовать минимизированный набор входных данных.

Личный вклад соискателя

Основные результаты и положения, выносимые на защиту, получены лично автором. Автором самостоятельно разработаны и экспериментально проверены следующие алгоритмы и программные средства: расчета и визуализации зон заражения при двух и более различных метеорологических условиях и прогнозирования развития обстановки при ЧС на пожаровзрывоопасных объектах.

Алгоритмическое и программное обеспечение геоинформационной системы МЧС Республики Беларусь для прогнозирования обстановки при ЧС на гидротехнических сооружениях напорного фронта разработано и проверено совместно с Лешкевичем С.В.

Научный руководитель принимал участие в постановке задач исследования, их предварительном анализе, а также в обсуждении полученных результатов. Соавторы опубликованных работ принимали участие в обсуждении промежуточных и конечных результатов. Обработка, интерпретация данных, а также выводы сделаны автором самостоятельно.

Апробация результатов диссертации

Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на: X республиканской научно-методической конференции молодых ученых (г. Брест, 2008 г.); II Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития транспортных систем и строительного комплекса» (г. Гомель, 2008 г.); IV международной студенческой научно-практической конференции «Традиции, тенденции и перспективы в научных исследованиях» (г. Чистополь, 2009 г.); Международной научно-технической конференции, посвященной 65-летию победы в Великой Отечественной войне, «Проблемы водоснабжения, водоотведения и энергосбережения в западном регионе Республики Беларусь» (г. Брест, 2010 г.); II международной научно-практической конференции «Современные информационные компьютерные технологии» (г. Гродно, 2010 г.); XII международной научно-практической конференции «Люди и космос» (г. Днепропетровск, 2010 г.); Международной научно-практической конференции «Чрезвычайные ситуации: Теория. Практика. Инновации» (г. Гомель, 2010 г.); VI Международной научно-технической конференции «Информационные технологии в промышленности» (г. Минск, 2010 г.); XIII международной научно-практической конференции «Человек и Космос» (г. Днепропетровск, 2010 г.); Международной научно-практической конференции «Прикладные проблемы оптики, информатики, радиофизики и конденсированного состояния» (г. Минск, 2011 г.); Республиканской научно-методической конференции «Современные информационные технологии в системе научного и учебного эксперимента: опыт, проблемы, перспективы» (г. Гродно, 2011 г.); V Международной научной конференции по военно-техническим проблемам, проблемам обороны и безопасности, использованию технологий двойного применения «Milex-2011» (г. Минск, 2011 г.); VII международной научно-технической конференции «Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта» (г. Новополоцк, 2011); IV Международной научно-практической интернет-конференции «Инновационные технологии обучения физико-математическим дисциплинам» (г. Мозырь, 2012); Белорусско-Российской научно-практической конференции по военно-техническому сотрудничеству (Минск, 2012). программное обеспечение чрезвычайная ситуация

Опубликованность результатов диссертации

Результаты диссертации опубликованы в 22 научных работах, среди которых 5 статей в научных изданиях, включенных в перечень ВАК (общим объемом 2,51 авторских листа), 1 статья в сборнике научных трудов, 10 статей в материалах международных конференций, 6 тезисов докладов на республиканской и международных конференциях.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из перечня условных обозначений, введения, общей характеристики работы, 4 глав с выводами по каждой главе, заключения, библиографического списка и 4 приложений. Полный объем диссертации составляет 217 страниц, в том числе, 10 рисунков на 4 страницах, 11 таблиц на 6 страницах, 4 приложения на 112 страницах. Библиографический список состоит из 133 наименований, включая собственные публикации автора.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 показано, что на момент начала исследования в Республике Беларусь действовали три нормативных документа, устанавливающие порядок прогнозирования зон возможного поражения людей: НПБ 5-2005, СТБ П 11.05.03-2006 и РД 52.04.253-90.

В рамках задания «Разработать программное средство прогнозирования и визуализации на электронной карте зон затопления при прохождении волны прорыва гидротехнического сооружения напорного фронта» государственной научно-технической программы «Защита от ЧС» КИИ МЧС разработана методика расчета параметров волны прорыва и зон затопления при разрушении белорусских гидротехнических сооружений напорного фронта. Однако в ней методика визуализации зон затопления на топографических картах и планах отсутствовала.

В нормативных документах, определяющих порядок расчета вероятности поражения человека, находящегося на заданном расстоянии от наружной установки, избыточным давлением и тепловым излучением, порядок нанесения зон поражения при пожарах и взрывах также отсутствовал.

На момент начала исследования был определен только порядок построения зон заражения при выбросах и проливе СДЯВ.

Показано, что методы расчета зон поражения при ЧС на химически- и пожаровзрывоопасных объектах, а также гидротехнических сооружениях напорного фронта, можно формализовать, что позволяет разработать алгоритм и создать программные средства расчета и визуализации зон поражения при ЧС на этих объектах.

Исходя из анализа литературы для апробации разработанных алгоритмов и разработки локальных модулей расчета выбран Microsoft Excel, а для разработки сетевых модулей расчета - Java.

Показано, что визуализацию зон поражения при ЧС целесообразно осуществлять в рамках геоинформационной системы МЧС Республики Беларусь.

В главе 2, основываясь на разработанной в Командно-инженерном институте МЧС Республики Беларусь методике расчета параметров волны прорыва при разрушении гидродинамических сооружений, разработан алгоритм расчета: высоты волны прорыва, глубины потока, скорости движения волны прорыва в расчетных створах и на расчетных участках, времени прохождения волны прорыва через створ разрушенного гидроузла, через расчетные створы и определения времени добегания до створов.

Основываясь на нормативных документах, разработаны алгоритмы расчета зон поражения при пожарах и взрывах и зон заражения при выбросах и проливе сильнодействующих ядовитых веществ.

Показано, что для целей прогнозирования зон заражения метеорологические условия могут быть приняты неизменными в течение не более 4 часов. Обоснована необходимость разработки методики прогнозирования зон заражения при выбросе и проливе сильнодействующих ядовитых веществ при изменяющихся метеорологических условиях. Разработана методика расчета линейных и угловых размеров зон поражения для двух разных метеорологических условий. Показано, что, развивая предложенную методику, можно вывести формулы нахождения угловых параметров зон поражения при двух и более различных метеорологических условиях. При этом количество условий и формул будет лавинообразно увеличиваться. В связи с этим нахождение линейных и угловых размеров зон поражения для нескольких разных метеорологических условий целесообразно с использованием информационных технологий.

Предложен алгоритм нахождения линейных и угловых размеров зон поражения при различных метеорологических условиях, характеризующихся различным направлением ветра, методами электронно-вычислительной техники. Предложенный алгоритм позволяет для двух и более различных метеорологических условий при минимальном количестве формул рассчитать линейные и угловые параметры зон заражения при различных метеорологических условиях. В результате выполнения алгоритма формируется трехмерный массив окончательной глубины зоны заражения. Трехмерный массив окончательной глубины зоны заражения в последующем используется для визуализации зоны заражения на электронных топографических картах и планах.

В главе 3 разработана методика нахождения полиномов зон заражения при выбросах и проливе сильнодействующих ядовитых веществ в зависимости от их физико-химических свойств, агрегатного состояния и количества вещества, которая учитывает требования РД 52.04.253-90.

Показано, что для СДЯВ, являющихся:

сжатыми газами, глубина зоны от содержания СДЯВ описывается функцией:

, (1)

где Г - окончательная глубина зоны заражения, км;

- коэффициент;

- количество выброшенного (разлившегося) при аварии вещества, т;

- время, прошедшее с момента аварии, ч;

жидкостями, кипящими выше температуры окружающей среды, - функцией:

, (2)

где - коэффициент;

h - толщина слоя жидкости, м;

d - плотность СДЯВ, т/м³;

T - время испарения СДЯВ с площади разлива, ч;

сжиженными газами, - функциями:

, (3)

, (4)

где - коэффициент.

Таким образом, задача нахождения глубины зоны заражения от содержания СДЯВ, являющихся сжатыми и сжиженными газами и жидкостями, кипящими выше температуры окружающей среды, сводится к нахождению функции глубины зоны заражения первичным и вторичным облаком, эквивалентным количеством СДЯВ вида:

. (5)

где - эквивалентное количество СДЯВ, т.

Обосновано, что для описания глубины зоны заражения от эквивалентного количества СДЯВ может быть использован полином вида:

, (6)

где и - эмпирические коэффициенты, зависящие от СДЯВ.

Нахождение коэффициентов в полиноме (6) выполнено с помощью метода последовательного исключения переменных.

На основе полинома зависимости глубины зоны заражения от эквивалентного количества СДЯВ (6), выведены полиномы глубины зоны заражения от выброшенного количества СДЯВ, являющихся сжатым газом:

, (7)

где и - эмпирические коэффициенты, зависящие от СДЯВ;

, и - соответственно минимальное, среднее и максимальное количество сжатого газа.

Определены СДЯВ, являющиеся жидкостями, кипящими выше температуры окружающей среды, время испарения слоя минимальной толщины (0,05 м) которых превышает и не превышает 4 часа.

Для СДЯВ, у которых время испарения слоя минимальной толщины (0,05 м) превышает 4 часа, получены полиномы глубины зоны заражения от выброшенного количества СДЯВ вида:

, (8)

где и - эмпирические коэффициенты, зависящие от СДЯВ.

В тех случаях, когда время испарения больше, чем время, прошедшее с момента аварии, глубина зоны заражения от выброшенного количества СДЯВ описывает полином (8), а когда время испарения меньше - полином:

, (9)

где и - эмпирические коэффициенты, зависящие от СДЯВ.

Для СДЯВ, являющихся сжиженными газами, глубина зоны заражения первичным облаком от выброшенного количества СДЯВ описывается полиномом вида:

, (10)

где и - эмпирические коэффициенты, зависящие от СДЯВ.

Для СДЯВ, являющихся сжиженными газами, когда время испарения больше времени, прошедшего с момента аварии, глубина зоны заражения вторичным облаком от выброшенного количества СДЯВ описывается полиномом вида:

, (11)

где и - эмпирические коэффициенты, зависящие от СДЯВ.

В том случае, если время испарения меньше времени, прошедшего с момента аварии, глубина зоны заражения вторичным облаком от выброшенного количества СДЯВ описывается полиномом вида:

, (12)

где и - эмпирические коэффициенты, зависящие от СДЯВ.

Определены коэффициенты в перечисленных полиномах и количества СДЯВ, при которых можно использовать эти полиномы.

В результате выполненных расчетов показано, что для случая, когда время, прошедшее с момента аварии больше, чем время испарения жидкости, глубина заражения первичным облаком больше чем вторичным облаком только для фтора, а для остальных СДЯВ глубина заражения вторичным облаком больше, чем первичным.

Для случая, когда время, прошедшее с момента аварии больше, чем время испарения, получены полиномы нахождения первого и второго члена в уравнении глубины зоны заражения для фтора:

, (13)

, (14)

и других СДЯВ, являющихся сжиженными газами:

, (15)

, (16)

где Г' и Г” - наибольший и наименьший из размеров глубина зоны заражения первичным (Г₁) и вторичным (Г₂) облаком;

, , и - эмпирические коэффициенты, зависящие от СДЯВ.

Для случая, когда время, прошедшее с момента аварии меньше, чем время испарения, получены формулы расчета толщин, при которых глубина зоны заражения первичным облаком меньше или больше глубины заражения вторичным облаком.

Получены полиномы нахождения первого и второго члена в уравнении глубины зоны заражения для СДЯВ, являющихся сжиженными газами, для случая, когда глубина заражения вторичным облаком меньше, чем первичным:

, (17)

, (18)

и для случая, когда глубина заражения вторичным облаком больше, чем первичным:

, (19)

, (20)

где , и - эмпирические коэффициенты, зависящие от СДЯВ.

Основываясь на результатах теоретического и экспериментального исследования, разработан экспресс-метод прогнозирования глубины зоны заражения от выброшенного (вылившегося) количества СДЯВ.

В главе 4 выполнен анализ пожаровзрывоопасных свойств СДЯВ. В результате проведенного анализа установлено, что при нормальных условиях 3 СДЯВ являются негорючими газами, 1 - негорючей жидкостью, 11 - горючими газами; 8 - легковоспламеняющимися жидкостями; 1 - горючей жидкостью и об остальных информация о пожаровозрывоопасных свойствах в литературных источниках отсутствовала.

Показано, что для пожароопасных СДЯВ необходимо выполнять расчет зон поражения опасными факторами (ударной волной и тепловым излучением пожара пролива и пожара «огненный шар), возникающими в результате пожара и взрыва.

Разработана методика нахождения полиномов зон поражения опасными факторами, возникающими в результате пожара и взрыва, при выбросах и проливе сильнодействующих ядовитых веществ, в зависимости от количества вещества, учитывающая рекомендации НПБ 5-2005.

Для сжатых газов поражающими факторами будет ударная волна и тепловое излучение пожара «огненный шар»; для ядовитых жидкостей, кипящих выше температуры окружающей среды, - ударная волна и тепловое излучение пожара пролива; для сжиженных газов - ударная волна, тепловое излучение пожара «огненный шар» и пожара пролива.

Для СДЯВ, являющихся сжатыми газами, вероятность поражения ударной волной зависит от трех параметров, а вероятность поражения тепловым излучением «огненного шара» - от двух.

Вероятность поражения ударной волной при выбросе СДЯВ, являющегося жидкостью, зависит от восьми параметров, а вероятность поражения тепловым излучением пролива жидкости - от четырех.

При выбросе СДЯВ, являющегося сжиженным газом, вероятность поражения ударной волной зависит от одиннадцати параметров, а вероятность поражения тепловым излучением «огненного шара» - от двух, а излучением пролива жидкости - от трех.

Определить глубину зоны поражения для СДЯВ, являющихся сжатыми и сжиженными газами, а также жидкостями, кипящими выше температуры окружающей среды, аналитическими методами практически невозможно. Нахождение зависимостей глубины зоны поражения для этих СДЯВ достаточно просто можно выполнить с использованием электронно-вычислительной техники.

Для проведения таких расчетов необходимо знать для сжатых газов удельную теплоту сгорания; для жидкостей, кипящих выше температуры окружающей среды - удельную теплоту сгорания, значение интенсивности испарения и площадь занимаемой 1 литром жидкости на поверхности; для сжиженных газов - удельную теплоту сгорания, плотность жидкости, значение нормальной температуры кипения жидкости, значение удельной теплоты испарения жидкости при температуре перегрева, теплоемкость жидкости при температуре перегрева жидкости, значение интенсивности испарения и площадь занимаемой 1 литром жидкости на поверхности.

Сформирована база данных для проведения расчетов зон поражения от разных поражающих факторов для СДЯВ различного агрегатного состояния.

Построены массивы зависимости размера зоны поражения, характеризующиеся вероятностью гибели людей 1, 50 и 99,9 %.

Основываясь на этих массивах, определены количества СДЯВ, для которых преобладающим поражающим фактором является ударная волна, для которых - тепловое излучение пожара «огненный шар» и для которых - тепловое излучение пожара пролива.

Доказано, что зависимости глубины зоны поражения от поражающих факторов ударной волны для СДЯВ можно описать инверсным преобразованием вида:

, (21)

а от поражающих факторов теплового излучения пожара «огненный шар» и пожара пролива - вида:

, (22)

где R_i - глубина зоны поражения (i), для вероятности гибtли людей i (%);

m- масса выброшенного (вылившегося) количества СДЯВ, кг;

a, b, с и d -эмпирические коэффициенты.

С использованием метода нелинейной аппроксимации найдены коэффициенты в уравнении (20) и (21).

Основываясь на результатах теоретического и экспериментального исследования разработана экспресс-методика прогнозирования глубины зоны поражения от выброшенного (вылившегося) количества СДЯВ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные научные результаты диссертации

1. Алгоритмическое и программное обеспечение прогнозирования развития обстановки при чрезвычайных ситуациях на гидротехнических сооружениях напорного фронта, учитывающее конструктивные особенности и гидроморфометрические параметры рек Беларуси и позволяющее рассчитать геометрические, кинематические и временные параметры волны прорыва (высоту волны, глубину потока, скорости фронта, гребня и хвоста волны, время опорожнения водохранилища при аварии, время прохождения волны через расчетный створ, времена добегания фронта, гребня и хвоста волны), а также визуализировать образовавшиеся зоны затопления на электронных картах [3, 8, 9, 10, 11, 20, 21].

Специфической технологической особенностью значительной части пожаровзрывоопасных объектов, например, аммиачных холодильных установок, Республики Беларусь является то, что они содержат не только пожаровзрывоопасные, но и токсичные вещества.

2. Методика и программные средства прогнозирования развития обстановки при чрезвычайных ситуациях на пожаровзрывоопасных объектах, позволяющие рассчитать и визуализировать зоны риска и вероятности гибели людей при пожарах и взрывах, в том числе за счет избыточного давления при сгорании газо- или паровоздушных смесей и теплового излучения. Программные средства интегрированы в экспертную систему поддержки принятия решений Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь. [1, 2, 3, 11, 12, 15, 17, 19, 20, 21].

3. Метод, алгоритмическое и программное обеспечение расчета и визуализации зон заражения при изменяющихся метеорологических условиях [4, 6, 7, 11, 13, 18, 22].

4. Экспресс-метод прогнозирования зон заражения и поражения при минимизированном количестве входных данных (вид сильнодействующего ядовитого вещества, его агрегатное состояние, величина выброса), основанный на оптимизации количества необходимых входных данных [5, 14, 15, 16].

Рекомендации по практическому использованию результатов

Все разработанные программные средства прошли апробацию в структурных подразделениях МЧС Республики Беларусь: НИИ пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций и в Республиканском центре реагирования на чрезвычайные ситуации. По результатам апробации программное средство расчета параметров волны прорыва и визуализации зон затопления внедрено в деятельность Республиканского центра управления и реагирования на чрезвычайные ситуации (акт внедрения), программное средство расчета и визуализации зон поражения при авариях на пожаровзрывоопасных объектах используется работниками государственного пожарного надзора МЧС Республики Беларусь (акт внедрения); программное средство расчета и визуализации зон заражения при авариях на химически опасных объектах рекомендовано для модернизации аппаратно-программных средств прогнозирования обстановки.

Полученные результаты оформлены в виде проекта руководящего документа «Экспресс-метод расчета зон заражения и поражения при выбросах и проливе сильнодействующих ядовитых веществ», внесенного в Министерство по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь для начала процесса нормотворческой деятельности в соответствии с действующими техническими нормативными правовыми актами Республики Беларусь. В результате нормотворческой деятельности планируется ввести в действие руководящий документ для обязательного использования органами и подразделениями по чрезвычайным ситуациям и субъектами хозяйствования, хранящими, транспортирующими и использующими СДЯВ.

Наряду с нормотворческой деятельностью, полученные результаты используются в процессе обучения студентов факультета радиофизики и компьютерных технологий БГУ курсу «Защита населения и территорий от чрезвычайных ситуаций» начиная с 2011/2012 учебных годов.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ СОИСКАТЕЛЯ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Список в научных журналах, включенных в перечень ВАК

1. Котов, С.Г. Сетевой программный модуль расчета индивидуальных рисков пожаровзрывоопасных объектов с визуализацией на электронных картах / С.Г. Котов , В.А. Саечников , Д.С. Котов // Вестник Полоцкого государственного университета. Прикладные науки. Строительство. - 2007. - № 12. - С. 95-100.

2. Котов, С.Г. Сетевой программный модуль расчета индивидуального риска и локальный программный модуль расчета вероятности поражения человека с визуализацией на электронных картах / С.Г. Котов , В.А. Саечников , Д.С. Котов //Электроника-инфо. - 2008. - № 6. - С. 47-52.

3. Котов, С.Г. Белорусские программные средства прогнозирования и визуализации развития чрезвычайных ситуаций / С.Г. Котов , В.А. Саечников , Д.С. Котов // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. - 2011. - № 1. - С. 93-104.

4. Котов, Д.С. Программные средства расчета зон поражения при чрезвычайных ситуациях / Д.С. Котов , В.А. Саечников , С.Г. Котов // Электроника-инфо. - 2011. - № 2. - С. 68-72.

5. Теоретические основы экспресс метода определения зон заражения при авариях на химически опасных объектах / Д.С. Котов , В.А. Саечников, С.Г. Котов, Е.В. Верхотурова // Электроника-инфо. - 2012. - № 7. - С. 73-75.

Статьи в сборниках научных трудов

6. Котов, Д.С. Расчет и визуализация зон заражения в изменяющихся метеорологических условиях / Д.С. Котов, В.А. Саечников, С.Г. Котов //Надежность и безопасность магистрального трубопроводного транспорта: сб. науч. тр. / Полоцк. гос. ун-т. - Новополоцк, 2011. - С. 248-254.

Материалы научных конференций

7 Котов, Д.С. Программное средство расчета масштабов заражения сильнодействующими ядовитыми веществами / Д.С. Котов, В.А. Саечников // Традиции, тенденции и перспективы в научных исследованиях: материалы IV международной студенческой научно-практической конференции, Чистополь, 25-27 ноября 2009 г.: в 2 ч. / Редкол.: О.А. Еремеева [и др.] - Чистополь: ИНЭКА, 2009. - Ч. 1. - С. 310 - 311.

8. Котов, Д.С. Расчет и визуализация на электронной карте зон затопления при прохождении волны прорыва гидротехнического сооружения напорного фронта / Д.С. Котов, В.А. Саечников, С.Г. Котов // Проблемы водоснабжения, водоотведения и энергосбережения в западном регионе Республики Беларусь: материалы международной научно-технической конференции, посвященной 65-летию победы в Великой Отечественной войне, Брест, 22-23 апреля 2010 г. / Редкол.: С.В. Басов [и др.]. - Брест, 2010. - С. 98 - 100.

9. Компьютерное моделирование зон затопления при чрезвычайных ситуациях на белорусских гидротехнических сооружениях / Д.С. Котов, В.А. Саечников, С.Г. Котов, С.В. Лешкевич // Современные информационные компьютерные технологии [Электронный ресурс]: материалы II международной научно-практической конференции, Гродно, 26-28 апреля 2010 г. - Электрон. дан. и прогр. (294 Мб). - Гродно, 2010. - 1 электрон. опт. диск. (CD - ROM): зв., цв.

10. Котов, Д.С. Прогнозирование и визуализация развития гидродинамических аварий / Д.С. Котов, В.А. Саечников // Чрезвычайные ситуации: Теория. Практика. Инновации: материалы междунар. науч.-практ. конф., Гомель, 27-28 мая 2010 г.: в 2 ч. / Редкол.: А.А. Поташкин [и др.]. - Гомель, 2010. - Ч. 2. - С. 184 - 186.

11. Современные информационные технологии для обучения безопасности жизнедеятельности / Д.С.Котов, В.А.Саечников, А.В. Поляков, С.Г.Котов, С.В. Лешкевич // Современные информационные технологии в системе научного и учебного эксперимента: опыт, проблемы, перспективы: материалы респ. науч. - метод. конф., Гродно, 4-5 апр. 2011 г. - Гродно: ГрГУ, 2011. - С.61-63.

12. Котов, Д.С. Дистанционное зондирование Земли и информационные технологии в решении задач определения зон поражения / Д.С. Котов, В.А. Саечников // Человек и Космос [Электронный ресурс]: материалы XIII международной научно-практической конференции, Днепропетрвоск, 13-15 апреля 2011 г. - Электрон. дан. и прогр. (281 Мб). - Днепропетровск, 2011. - 1 электрон. опт. диск. (CD - ROM): зв., цв.

13. Котов, Д.С. Использование вычислительной техники для расчета и визуализации зон заражения в изменяющихся метеорологических условиях / Д.С. Котов, В.А. Саечников // Современные проблемы математики и вычислительной техники: материала VII Республиканской научной конференции молодых ученых и студентов, Брест, 26-28 ноября 2011 г.: в 2-х частях / Брестский государственный технический университет; под ред. В.С. Рубанова [и др.]. - Брест: изд-во БрГТУ, 2011. - Ч.2. - С. 39-42.

14. Основы экспресс-метода прогнозирования зон заражения сильнодействующими ядовитыми веществами / Д.С. Котов, В.А. Саечников, Е.В. Верхотурова, С.Г. Котов // Инновационные технологии обучения физико-математическим дисциплинам: Материалы IV Междунар. науч.-практ. интернет-конф., Мозырь 27-30 марта 2012 г. - Мозырь, 2012. - C. 178-180.

15. База данных для работы программного средства расчета зон поражения при пожарах и взрывах, сопровождающих выброс (вылив) сильнодействующих ядовитых веществ / Д.С. Котов, В.А. Саечников, Е.В. Верхотурова, С.Г. Котов //Содружество наук. Барановичи-2012. Материалы VIII Междунар. Науч.-практ. Конференции молодых исследователей, 23-24 мая 2012 г., г. Барановичи, Респ. Беларусь: в 3 ч. / М-во образования Респ. Беларусь, учреждение образования «Барановический государственный университет»; редкол. А.В. Никишова (гл. ред.), И.Я. Тучина (отв. ред.) [и др]. - Барановичи: РИО БарГУ, 2012. - Ч. 2. - С. 52-54.

16. Экспресс-метод прогнозирования зон заражения сильнодействующими ядовитыми веществами / Д.С. Котов, В.А. Саечников, Е.В. Верхотурова, С.Г. Котов // Чрезвычайные ситуации: теория, практика, инновации : материалы Междунар. Науч.-практ. конф., Гомель, 24-25 мая 2012 г.: в 2 ч. / Гомел. инженер. ин-т МЧС Респ. Беларусь, Гомел. фил. Нац. акад. Наук Беларуси ; редкол.: И.И. Суторьма (науч. ред.) [и др.]. - Гомель : ГГТУ им. П.О. Сухого, 2012. - Ч.1. - С. 80-82.

Тезисы докладов

17. Котов Д.С. Сетевой программный модуль расчета вероятности поражения человека при авариях на наружных установках / Д.С. Котов //X республиканская научно-методическая конференция молодых ученых: сб. тез. докл., Брест, 15-16 мая 2008 г. - Брест, 2008. - С.62.

18. Котов, С.Г. Программные средства расчета зон поражения при авариях на технологических установках, содержащих СДЯВ / С.Г. Котов, В.А. Саечников, Д.С. Котов // Проблемы и перспективы развития транспортных систем и строительного комплекса: материалы II Междунар. науч.-практ. конф. Гомель, 2-3 октября 2008 г. / БелГУТ; под ред. В.И. Сенько. - Гомель, 2008. - С. 67.

19. Котов, Д.С. Учебно-методическое обеспечение центра аэрокосмического образования БГУ / Д.С. Котов, В.А. Саечников, Е.В. Верхотурова // Люди и космос: материалы XII междунар. науч.-практ. конф., Днепропетровск, 7-9 апреля 2010 г. / Редкол.: К.В. Безручко [и др.]. - Днепропетровск, 2010. - С. 171.

20. Котов, Д.С. Математическое моделирование развития чрезвычайных ситуаций, наиболее типичных для Республики Беларусь / Д.С. Котов, В.А. Саечников, С.Г. Котов // Информационные технологии в промышленности (ITI*2010): тезисы докладов Шестой Международной научно-технической конференции (28-29 октября 2010 г., Минск). - Минск: ОИПИ НАН Беларуси, 2010. - С. 47-49.

21. Котов, Д.С. Электронные средства обеспечения безопасности жизнедеятельности / Д.С. Котов, В.А. Саечников, С.Г. Котов //Прикладные проблемы оптики, информатики, радиофизики и конденсированного состояния: Междунар. науч. практ. конф., г. Минск, 28 фев. 2011 г. / М-во образования Респ. Беларусь, «Ин-т приклад. Физ. Проблем им. А.Н.Севченко» Белорус. Гос. ун-та; редкол.: В.И.Попечиц (гл. ред.) [и др.]. - Минск, 2011. - С. 78-79.

22. Котов, Д.С. Программное средство расчета и визуализации складывающейся обстановки, зависящей от метеорологических условий / Д.С. Котов, С.Г. Котов, В.А. Саечников // Белорусско-Российская научно-практическая конференция по военно-техническому сотрудничеству: тезисы докладов, г. Минск, 16-18 мая 2012 г. - Минск, БНТУ, 2012. - С. 124-126.

РЕЗЮМЕ

Ключевые слова: чрезвычайная ситуация; зона заражения, зона поражения, сильнодействующее ядовитое и пожаровзрывоопасное вещество; алгоритмы и программные средства.

Цель работы: разработка методов, алгоритмов и программного обеспечения прогнозирования развития ЧС техногенного характера (пожары, взрывы, аварии с выбросом СДЯВ, гидродинамические аварии) для функционирования экспертной системы поддержки принятия решений МЧС Республики Беларусь.

Методы исследования: построение математических моделей и алгоритмов зон заражения и поражения при выбросе сильнодействующих ядовитых и пожаровзрывоопасных веществ; анализ закономерностей расположения зон заражения и поражения от количества выброшенного СДЯВ и взрывопожароопасного вещества; выполнение численных экспериментов для нахождения эмпирических коэффициентов.

Полученные результаты и их новизна. Разработаны алгоритмы и программное обеспечение для прогнозирования формирования зон поражения при ЧС: на гидротехнических сооружениях напорного фронта на реках Беларуси и на пожаровзрывоопасных объектах Республики Беларусь.

Разработан метод расчета, алгоритмы и программные средства визуализации зон заражения при изменяющихся метеорологических условиях.

Оптимизированы входные данные для прогнозирования зон заражения и поражения при ЧС на химически- и пожаровзрывоопасных объектах и разработан экспресс-метод прогнозирования зон заражения и поражения при минимизированном количестве входных данных.

Степень использования. Все разработанные программные средства прошли апробацию в структурных подразделениях МЧС Республики Беларусь и рекомендованы к внедрению. Программное средство расчета параметров волны прорыва и визуализации зон затопления внедрено в деятельность Республиканского центра управления и реагирования на чрезвычайные ситуации (акт внедрения), а программное средство расчета и визуализации зон поражения при авариях на пожаровзрывоопасных объектах используется работниками государственного пожарного надзора МЧС Республики Беларусь (акт внедрения).

Ключавыя словы: надзвычайная сітуацыя; зона заражэння, зона паражэння, моцнадзейнае атрутнае і пажаравыбуханебяспечнае рэчыва, алгарытмы і праграмныя сродкі.

Мэта працы: распрацоўка метадаў, алгарытмаў і праграмнага забеспячэння прагназавання развіцця НС тэхнагеннага характару (пажары, выбухі, аварыі з выкідам МДАР, гідрадынамічныя аварыі) для функцыянавання экспертнай сістэмы падтрымкі прыняцця рашэнняў МНС Рэспублікі Беларусь.

Метады даследавання: пабудова матэматычных мадэляў і алгарытмаў зон заражэння і паражэння пры выкідзе моцнадзейных атрутных і пажаравыбуханебяспечных рэчываў; аналіз заканамернасцяў размяшчэння зон заражэння і паражэння ад колькасці выкінутага МДАР і выбухапажаранебяспечнага рэчыва, выкананне лікавых эксперыментаў для знаходжання эмпірычных каэфіцыентаў.

Атрыманыя вынікі і іх навізна. Распрацаваны алгарытмы і праграмнае забеспячэнне для прагназавання фарміравання зон паражэння пры НС: на гідратэхнічных збудаваннях напорнага фронту на рэках Беларусі і на пажаравыбуханебяспечных аб'ектах Рэспублікі Беларусь.

Распрацаваны метад разліку, алгарытмы і праграмныя сродкі візуалізацыі зон заражэння пры зменлівых метэаралагічных умовах.

Аптымізаваны ўваходныя дадзеныя для прагназавання зон заражэння і паражэння пры НС на хімічна- і пажаравыбуханебяспечных аб'ектах і распрацаваны экспрэс-метад прагназавання зон заражэння і паражэння пры мінімізаванай колькасці ўваходных дадзеных.

Ступень выкарыстання. Усе распрацаваныя праграмныя сродкі прайшлі апрабацыю ў структурных падраздзяленнях МНС Рэспублікі Беларусь і рэкамендаваны да ўкаранення. Праграмны сродак разліку параметраў хвалі прарыву і візуалізацыі зон затаплення ўкаранён у дзейнасць Рэспубліканскага цэнтра кіравання і рэагавання на надзвычайныя сітуацыі (акт укаранення), а праграмны сродак разліку і візуалізацыі зон паражэння пры аварыях на пажаравыбуханебяспечных аб'ектах выкарыстоўваецца супрацоўнікамі дзяржаўнага пажарнага нагляду МНС Рэспублікі Беларусь (акт укаранення).

Keywords: emergency situation; contamination area, lethal area; highly toxic explosive and fire hazardous substance; algorithms and software.

Study goals: development of the methods, algorithms and software for forecasting the progress of technogenic ES (fires, explosions, accidents with emissions of HTS, hydrodynamic accidents) essential for functioning of the decision-making expert system of MES of Republic of Belarus.

Study methods: formation of the mathematical models and algorithms of contamination and lethal areas during emissions of highly toxic explosive and fire hazardous substances; analysis of the arrangement of contamination and lethal areas in dependence on the amount of ejected HTS and explosive and fire hazardous substances; conduction of the numerical experiments for determination of the empirical coefficients.

Derived results and their novelty. Algorithms and methods for forecasting of formation of lethal areas during ES: on hydrotechnical constructions of the pressure front on Belarusian rivers and on explosive and fire hazardous facilities in Republic of Belarus were developed.

Calculation method, algorithms and software for visualization of contamination areas in changing meteorological conditions were developed.

Input datasets for forecasting of contamination and lethal areas during ES on chemically, explosive and fire hazardous facilities were optimized, and express method for forecasting of contamination and lethal areas on minimized input dataset was developed.

Reliance. Developed software has passed approbation in organization departments of MES of Republic of Belarus and was recommended for implementation. Software for calculation of parameters of outbreak wave and visualization of flooded areas implemented into activities of Republic center of administration and reaction on emergency situations (implementation act), and software for calculation and visualization of lethal areas during accidents on explosive and fire hazardous facilities is used by employees of the state fire supervisory of MES of Republic of Belarus (implementation act).

Размещено на Allbest.ru

...