WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные матриалы
 


«МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ПОДДЕРЖКИ УПРАВЛЕНИЯ ТУШЕНИЕМ ПОЖАРОВ В РЕЗЕРВУАРНЫХ ПАРКАХ НА ОСНОВЕ ПРИМЕНЕНИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ...»

На правах рукописи

Власов Константин Сергеевич

МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ПОДДЕРЖКИ УПРАВЛЕНИЯ

ТУШЕНИЕМ ПОЖАРОВ В РЕЗЕРВУАРНЫХ ПАРКАХ НА ОСНОВЕ

ПРИМЕНЕНИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

Специальность: 05.13.10 – Управление в социальных и экономических

системах (технические наук

и)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва 2016

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении «Всероссийский ордена «Знак Почета» научно-исследовательский институт противопожарной обороны» (ФГБУ ВНИИПО МЧС России)

Научный руководитель: Порошин Александр Алексеевич, доктор технических наук, старший научный сотрудник, начальник научно-исследовательского центра организационно-управленческих проблем пожарной безопасности ФГБУ ВНИИПО МЧС России

Официальные оппоненты: Таранцев Александр Алексеевич, заслуженный работник высшей школы РФ, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры организации пожаротушения и проведения аварийно-спасательных работ Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России Тачков Александр Анатольевич, кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела «Системы управления робототехническими комплексами»

научного учебного центра «Робототехника» ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет им. Н. Э. Баумана»

Ведущая организация: ФГБУ «Всероссийский научноисследовательский институт по проблемам гражданской обороны и чрезвычайных ситуаций МЧС России (федеральный центр науки и высоких технологий) МЧС России».

Защита состоится 27 апреля 2016 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 205.002.01 в Академии Государственной противопожарной службы МЧС России по адресу: 129366, г. Москва, ул. Бориса Галушкина, д. 4

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО Академии ГПС МЧС России по указанному адресу и на сайте http://academygps.ru/uploads/files/3XCCY0A7EqrGDM6zuSx4.pdf

Автореферат разослан 4 марта 2016 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, доцент Бутузов С.Ю.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Наращивание объемов добычи и переработки нефти в рамках «Энергетической стратегии России на период до 2030г.», утвержденной распоряжением Правительства РФ от 13.11.2009 г.

№ 1715-р, предполагает формирование крупных производственных комплексов в традиционных районах нефтедобычи, активное освоение континентального шельфа арктических морей и северных территорий России. Это предполагает увеличение объемов существующих и создание новых резервуарных парков (далее - РП), используемых для хранения нефти и нефтепродуктов.

Объемы современных резервуаров могут доходить до 100 тыс. м3 и более.

Анализ статистических данных о пожарах в резервуарах с нефтью и нефтепродуктами за последние десятилетия, показывает, что частота возникновения пожаров в расчете на один резервуар находится в пределах от 210-4 до 310-4 в год. При средней стоимости кубометра нефти марки Brent, по ценам на ноябрь 2015 года – 17,5 тыс. руб., а бензина АИ-95 – 38 тыс. руб., прямой ущерб от пожара одного резервуара может составлять порядка миллиарда рублей. Также, нельзя недооценивать возможный экологический вред, по оценкам специалистов, он может превышать прямой ущерб от пожара в 2 – 3 раза. И если в регионах с умеренным и тропическим климатом за 2 – 3 года возможно устранить вредные для природы последствия пожара, то в серверных широтах это потребует нескольких десятилетий.

По данным зарубежных исследований (например, проведённых британским центром The Major Hazard Incident Data Service) в РП мира крупные пожары, где линейные размеры зон действия поражающих факторов достигают сотен метров, происходят практически каждые два-три года. При этом отмечается тенденция к росту числа подобных пожаров, что связано с общим ростом числа РП в мире. Характерными примерами являются пожары в резервуарных парках Рязанского нефтеперерабатывающего завода (Россия, 2014 г.) и «БРСМ-Нафта» под Киевом (Украина, 2015 г.) Тушение пожаров в РП является очень сложной задачей. Наблюдается тенденция к возрастанию числа пострадавших среди персонала, а также пожарных, участвующих в ликвидации пожаров в РП. Например, 2009 году на пожаре в РП «Конда» (Россия) в результате последовательных взрывов и выброса горящей нефти пострадало значительное число участников тушения пожара.

Несмотря на высокий уровень пожарной опасности хранилищ нефти и нефтепродуктов, для обеспечения рентабельности отрасли, необходимо дальнейшее повышение вместимости РП. Экономически наиболее выгодным путем является увеличение объемов единичных резервуаров, сокращение противопожарных разрывов для экономии занимаемого места в парковой застройке и снижения технологических затрат. Однако, в случае возгорания одного резервуара это может привести к каскадному развитию пожара и распространению его на весь РП в целом.

Разработка и совершенствование технических средств борьбы с пожарами в РП ведется параллельно с развитием нефтегазовой отрасли. Совершенствуется пожарная техника - повышается мощность силовых установок, уровень защиты от опасных факторов пожара, производительность насосных установок и лафетных стволов. Но, тем не менее, ресурс повышения тактических возможностей пожарных подразделений за счет совершенствования существующей техники практически исчерпан. И основным сдерживающим фактором здесь является присутствие «человека-оператора», которого необходимо защитить от воздействия опасных факторов пожара, при этом, не создавая помех для управления техникой. К тому же повышение мощности и производительности технических средств пожаротушения предъявляет повышенные требования к скорости реакции «человека-оператора».

Наиболее перспективным решением в данной ситуации является замена традиционных методов пожаротушения, на наиболее опасных и ответственных участках ведения работ по тушению пожара, специализированными мобильными робототехническими средствами (далее - РТС). Использование РТС в комплексе с соответствующей системой дистанционного управления позволит снизить количество используемых трудовых и материальных ресурсов, экономические потери и экологический вред от пожаров в РП.

Интенсивное развитие РТС и их совместное использование с обычной (не роботизированной) пожарной техникой, говорит об актуальности и значимости развития технологий тушения с применением РТС. Это позволяет утверждать, что тушение пожаров в РП с использованием технологически новых средств противопожарной защиты, в том числе и на основе применения РТС, является актуальной и важной задачей для дальнейшего развития научных подходов к тактике тушения пожаров.

Степень разработанности темы. Вопросы исследований обеспечения пожарной безопасности РП рассмотрены в работах д.т.н. И. М. Абдурагимова (физико-химические основы развития и тушения пожаров), д.т.н.

А. Ф. Шароварникова (закономерности тушения горючих жидкостей), д.т.н.

В. П. Молчанова (пожарная безопасность объектов добычи нефти и газа), к.т.н. О. М. Волкова (пожарная безопасность резервуаров с нефтепродуктами) и других исследователей.

Формирование научных взглядов на организацию применения сил и средств при тушении пожаров в РП, осуществлены в работах к.т.н. Я.С. Повзика (пожарная тактика), к.т.н. И.Ф. Безродного (тушение пожаров нефти и нефтепродуктов в резервуарах), к.т.н. П. П. Девлишева, к.т.н. Н. М. Евтюшкина, к.т.н. В. М. Панарина, к.т.н. А. Н. Денисова (моделирование процесса использования сил и средств пожарных подразделений), д.т.н. Н. Н. Брушлинского, д.т.н. С. В. Соколова, д.т.н. А. В. Матюшина, д.т.н. А. А. Порошина (методология проектирования гарнизонов пожарной охраны, в различных постановках ее решения) и других исследователей.

В области применения РТС и геоинформационных систем (далее – ГИС) следует отметить работы д.т.н. С. Г. Цариченко (применение экстремальной робототехники на пожарах), д.т.н. Н. В. Северова (развитие и применение робототехники в чрезвычайных ситуациях) и д.т.н. С. Н. Терехина (системы позиционирования) и других исследователей.

Вопросы применения теории активных систем к решению проблем обеспечения безопасности социально-экономических систем рассмотренные в работах члена-корреспондента РАН, д.т.н. Д. А. Новикова и д.т.н. В. Н. Буркова.

Несмотря на полученные результаты в рассматриваемой предметной области, ряд задач остается нерешенными, к ним можно отнести следующее:

- обеспечение необходимого уровня безопасности для личного состава пожарно-спасательных подразделений, работающего в зоне воздействия опасных факторов при тушении пожаров РП;

- повышение эффективности действий пожарно-спасательных подразделений по тушению пожаров в РП за счет использования РТС;

- оценка эффективности использования РТС при тушении пожаров.

В связи с этим целью исследования является – разработка моделей и алгоритмов поддержки управления тушением пожаров в РП на основе применения РТС.

Для достижения поставленной цели ставятся и решаются следующие задачи:

- анализ пожарной опасности РП и воздействия поражающих факторов на людей при пожарах в РП;

- исследование организации тушения пожаров в РП с использованием традиционных средств пожаротушения, а также на основе применения РТС;

- разработка моделей и алгоритмов поддержки управления тушением пожаров в РП на основе применения РТС;

- разработка методики тушения пожаров в РП с использованием РТС и технологий термо-визуального мониторинга;

- оценка эффективности применения РТС при тушении пожаров в РП;

- определение потребности в РТС для тушения пожаров в РП.

Объект исследования - процесс организации управления тушением пожаров в РП пожарно-спасательными подразделениями, оснащенными мобильными средствами пожаротушения и РТС.

Предмет исследования - модели и алгоритмы поддержки управления пожарно-спасательными подразделениями, оснащенными мобильными средствами пожаротушения и РТС при тушении пожаров в РП.

Методология и методы исследования – системный и структурный анализ, математическая статистика, в частности регрессионный и факторный анализы данных, теория сетей и графов, методы тактического планирования действий по тушению пожара, методы топологии.

Научная новизна диссертации заключается в следующем:

- сформулированы и обоснованы принципы применения РТС на пожарах в РП.

- разработана модель планирования действий пожарно-спасательных подразделений при тушении пожаров в РП с применением РТС;

- разработана модель тушения пожаров в РП с совместным использованием мобильных средств пожаротушения и РТС с применением технологий термо-визуального мониторинга;

- разработана модель и алгоритм оценки эффективности решения задач управления при тушении пожаров в РП с использованием РТС;

- разработаны методика определения потребности пожарноспасательных подразделений в РТС и проведена соответствующая оценка этих потребностей по Российской Федерации;

- разработано специальное программное обеспечение для расчетов параметров оперативно-тактических действий пожарно-спасательными подразделений при тушении пожаров.

Практическая значимость работы заключается в повышении эффективности действий пожарно-спасательных подразделений по тушению пожаров в РП за счет улучшения их тактических возможностей на основе совместного использования РТС и обычных мобильных средств пожаротушения.

Степень достоверности результатов и выводов обеспечивается применением современных методов исследования сложных функциональных систем, репрезентативностью исходных данных, полученных из официальных источников. Обоснованность научных положений и выводов диссертационного исследования доказана также положительным опытом использования результатов в деятельности Ситуационного центра ФГБУ ВНИИПО МЧС России, учебном процессе ФГБОУ ВПО «Академия ГПС МЧС России» при изучении дисциплин пожарно-тактического цикла, и в подразделениях пожарно-спасательных гарнизонов Главных управлений МЧС России по Воронежской, Иркутской и Тульской областям.

Апробация и реализация результатов исследования.

Материалы диссертации докладывались на восьми международных и всероссийских научно-практических конференциях: IХX, ХX, ХXI, ХХII, ХХIV, ХХV, ХХVI, ХХVII (Москва, ВВЦ, 2007, 2008, 2009, 2010, 2013, 2014, 2015 гг.) и ХХIV (Балашиха, ВНИПИО, 2012 г.), международной научнопрактической конференции «Актуальные проблемы пожарной безопасности», на 1 и 2-й международных научно-практических конференциях «Проблемы техносферной безопасности» (Москва, Академия ГПС МЧС России, 2012, 2013 гг.), на конференции «Актуальные проблемы обеспечения безопасности в Российской Федерации.

Результаты исследований:

- используются при подготовке документации по предварительному планированию действий по тушению пожаров в пожарно-спасательных гарнизонах Главных управлений МЧС России по Иркутской, Курской и Тульской областям;

- внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Академия ГПС МЧС России» и ФГБОУ ДПО Учебный центр ФПС Воронежской области;

- используются при оценке действий пожарно-спасательных подразделений при тушении пожаров в Ситуационном центре ФГБУ ВНИИПО МЧС России;

- внедрены в «Методических рекомендациях по тактике применения наземных робототехнических средств при тушении пожаров» (утверждены МЧС России 17. 07. 2015 № 2-4-87-26) и направлены для практического применения в пожарно-спасательные гарнизоны (письмо от 23. 07. 2015 Исх. № 43 - 3501).

Положения, выносимые на защиту:

- модель планирования действий пожарно-спасательных подразделений при тушении пожаров в РП с применением РТС;

- модель тушения пожаров в РП с совместным применением мобильных средств пожаротушения и РТС с применением систем термо-визуального мониторинга;

- модель и алгоритм оценки эффективности решения задач управления при тушении пожаров в РП с использованием РТС;

- методика определения потребности пожарно-спасательных подразделений в РТС;

- расчеты потребности пожарно-спасательных подразделений ФПС ГПС МЧС России в РТС;

- специальное программное обеспечение для расчета параметров оперативно-тактических действий пожарно-спасательными подразделений при тушении пожаров.

Публикации. В процессе работы над диссертацией, опубликовано 20 печатных работ, из них 6 - в изданиях, рецензируемых ВАК России, 3 в журнале «Технологии техносферной безопасности» и 3 работы в научнотехническом журнале «Пожарная безопасность». Учебное пособие и методические рекомендации.

Разработаны специальные программные средства: «Оценка оперативнотактических действий» (свидетельство о государственной регистрации от 24.06.14 №2014616432); «Совмещенный график» (свидетельство о государственной регистрации от 30.06.14 №2014616625).

Вклад автора в работы, выполненные в соавторстве, состоит в постановке проблемы и формализации задач исследования, разработке научно-методических и теоретических положений, а также непосредственном участии в создании математических моделей и алгоритмов, и проведении расчетов по ним. Все положения, излагаемые в статьях, являются едиными и неделимыми.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объём диссертации составляет 183 страницы, из них 157 страниц основного текста, включая 42 рисунка, 11 таблиц, 3 приложения и список литературы из 188 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении, исходя из складывающегося состояния развития технологий транспортировки и хранения нефти и нефтепродуктов в РП, существующего состояния и перспектив развития уровня технических средств пожаротушения, а также тактических возможностей пожарно-спасательных подразделений, рассматривается актуальность и практическая значимость диссертационной работы. Сформулирована цель, описывается объект и предмет исследования, раскрывается научная новизна и применяемые исследовательские методы, изложены основные положения, выносимые на защиту, а также указывается область практического использования результатов исследования.

В первой главе («Аналитический обзор») представлены результаты анализа пожарной опасности РП и состояния исследований по решению задач в области применения РТС, при тушении пожаров на данных объектах.

Анализ стратегии развития нефтегазового комплекса в целом и РП, как одного из его структурных элементов, показывает, что основным фактором, определяющим положительную динамику развития комплекса, является экономическая эффективность. Под давлением экономических обстоятельств, предприятия повышают энергонасыщенность производства, увеличивают объемы резервуаров для хранения пожаровзывоопасных веществ, сокращают противопожарные разрывы и т.д., что в случае пожара приводит к его каскадному развитию, значительно усложняя условия работы пожарноспасательных подразделений.

В целях поддержания высокого уровня эффективности действий пожарно-спасательных подразделений, проводятся работы по совершенствованию технических средств пожаротушения. В настоящее время, по оценкам специалистов, большие перспективы открывает возможность использования технологий тушения пожаров позволяющих дистанционно, посредством РТС, проводить работы, связанные с повышенным риском для людей.

Как показывает анализ литературных источников, датой начала официального использования пожарных роботов в России принято считать 18 июня 1984 года, когда в республике Карелия для защиты памятников деревянного зодчества «Кижи» был поставлен на постоянное дежурство пожарный робот. В 1986 году, при аварии на Чернобыльской атомной электростанции, роботы применялись для расчистки кровли от радиоактивных обломков, также проведения других аварийновосстановительных работ. В общей сложности использовалось более 15 мобильных роботов различного назначения. С 2000-х годов начинается активное развитие и практическое использование экстремальной робототехники и как одного из ее подвидов - пожарной робототехники.

Вместе с тем следует отметить, что общий высокий темп развития робототехники в мире и достаточно скромный опыт её практического применения на пожарах являются проблемным вопросом, требующим научного осмысления и соответствующей практической реализации.

Как показали полигонные испытания и использование на реальных пожарах, при дистанцировании человека-оператора от РТС, работающего в зоне повышенной опасности, решается в основном только проблема обеспечения безопасности оператора, а эффективность управления РТС, в силу объективных причин с удалением РТС от оператора снижается, особенно после его выхода из зоны прямой видимости.

При современном уровне развития технологий применения РТС для решения задачи повышения уровня автономности их действий, при выполнении управляющих действий низшего уровня (движение к заданной цели, объезд препятствий и т.п.), в настоящее время имеется достаточно технических возможностей. При этом основная доля нерешенных вопросов находится в области организации эффективного тактического управления действиями РТС совместно с существующими средствами пожаротушения.

Поэтому, исходя из данной проблемы в области управления РТС, определены цели и задачи диссертации.

Во второй главе («Разработка моделей и алгоритмов поддержки управления тушением пожаров в резервуарных парках на основе применения робототехнических средств») обосновывается выбор показателей для математического моделирования процесса поддержки управления тушением пожара с использованием методов теории графов и факторного анализа. На основании анализа тактико-технических характеристик различных видов РТС, определена их номенклатура для эффективного решения задач по тушению пожаров в РП. Описывается математическая модель поддержки управления тушением пожаров в РП пожарно-спасательными подразделениями, совместно использующими обычные средства пожаротушения и РТС на основе оценки показателей трудоемкости выполняемых работ.

В соответствии с положениями теории активных систем, целевой функцией действий пожарно-спасательных подразделений при тушении пожара, является достижение локализации и ликвидации горения за определенное время. Для пожаров в РП успешным тушением пожара считается достижение комплекса условий: сумма прямого ущерба от пожара (Упр, млн. руб.) и стоимости работ (Срт, млн. руб.) должна быть меньше стоимости спасенного имущества, а время на подготовку и проведение пенной атаки не должно превышать 1 ч. Математически целевая функция выражается соотношениями (1).

() ( )] () [ (1) () { где Срт() – стоимость работ по тушению пожара, млн. руб.; Упр() – прямой ущерб от пожара, млн. руб.; ( )- стоимость имущества i-го типа в зоне воздействия опасных факторов пожара, млн. руб.; – время проведения пенной атаки, час.

Для построения математической модели применения РТС на пожарах в РП: во-первых, определены обобщённые параметры, влияющие на организацию действий пожарно-спасательных подразделений, во-вторых, разработаны методы оптимизации организации управления действиями пожарноспасательных подразделений, совместно использующих РТС и обычные средства пожаротушения при тушении пожаров в РП.

Обобщенные параметры организации управления получены в результате многомерного анализа массива данных, характеризующих обстоятельства развития и тушения 142 крупных пожаров в РП. Наибольший факторный вес получен для показателя, характеризующего состав и численность пожарноспасательных подразделений (Н1), а также применяемые технические средства и огнетушащие вещества.

Анализ фактора (Н1), выполненный по методике к.т.н. Панарина В.М., позволяет математически обосновать условия локализации пожара. Схематично это условие может быть показано на координатной плоскости в виде диаграммы локализации пожара, приведенной на рисунке 1.

Рисунок 1. Диаграмма описывающая процесс локализации пожара где Pтр и Pф – требуемое и фактическое количество ресурсов для локализации пожара; F1{Рф1;Ртр1} - максимальные тактические возможности пожарного отделения на автоцистерне; Fn{Рф.

n;Ртр.n} – тактические возможности сил пожарно-спасательного гарнизона (n – пожарных отделений); 1 – область, в которой несмотря на вводимые силы и средства пожар продолжает развиваться; 2 – область, в которой пожар находится на грани перехода в неконтролируемое состояние; 2` - область возможного применения РТС; 3 – область, в которой пожар может быть потушен только с использованием мобильной пожарной техники; 4 – область, в которой пожар может быть потушен средствами пожарной автоматики, персоналом объекта и т. п.

В целях проверки диаграммы, представленной на рисунке 1, был проведен сравнительный анализ тактических возможностей Кондинского пожарноспасательного гарнизона (Ханты-Манскийский автономный округ, Россия) Fn{Рф.n;Ртр.n} с возможностями одного пожарного отделения на автоцистерне F1{Рф1;Ртр1}. Анализ показал, что с увеличением Рф уровень тактических возможностей пожарно-спасательных подразделений растет. Но, в исследованиях к.т.н. Григорьева А.Н., показано, что при достаточно больших значениях Рф снижается эффективность управления силами пожарно-спасательных подразделений, а значит снижаются, и тактические возможности.

Изучение условий тушения пожаров в РП, когда возможности пожарноспасательных подразделений используются на максимальном уровне Fn{Рф.n;Ртр.n} показало, что если считать успешно потушенным пожар при соблюдении условий (1), то при Fn близком к максимальному значению потребуется значительное количество ресурсов. Учитывая перспективы развития РП, теоретически можно предположить, что если использовать для ликвидации пожаров в РП только существующие мобильные средства пожаротушения, то их требуемое количество будет стремиться к некоторому значению Pmax, реализация которого потребует значительных материальных средств.

В соответствии с полученными аналитическими зависимостями обоснована необходимость использования, при тушении крупных пожаров в РП в условиях, относящихся к подобласти 2` схемы (рисунок 1), качественно новых технических средств.

На втором этапе построения модели тушения пожаров в РП, при соблюдении условия (1), проведен анализ деятельности пожарно-спасательных подразделений. В процессе их деятельности по признакам функционального разделения труда выделены однотипные периоды, показанные на рисунке 2.

Рисунок 2. Схема функционального разделения труда в деятельности пожарноспасательных подразделений В терминологических понятиях основная функция – это операции, выполняемые непосредственно на месте пожара, с момента начала активных действий по тушению пожара до их окончания; вторая «подготовительная функция» - операции, направленные на поддержание состояния постоянной готовности к тушению пожара личного состава и технических средств пожарно-спасательных подразделений; третья «логистическая функция» – операции по доставке личного состава пожарно-спасательных подразделений, средств пожаротушения, пожарного оборудования и инструментов к месту пожара и после пожара обратно к месту постоянной дислокации.

Все операции каждой функции имеют однозначно определяемые хронометрические параметры с соответствующими границами. Но при этом важным условием является, то, что для каждого подразделения эти границы определяются индивидуально. Наглядно это можно продемонстрировать на диаграмме Ганта, представленной на рисунке 3. Несмотря на то, что выезд на пожар пожарных частей (далее - ПЧ) и завершение работы происходят одновременно, на диаграмме видно, что периоды следования и работы на пожаре отличаются. И поэтому невозможно установить единые временные границы, в соответствии со схемой функционального разделения труда, приведенной на рисунке 1, применимые одновременно для всех подразделений.

Рисунок 3. Диаграмма Ганта для действий пожарных частей №1 и №2 (фрагмент) Для определения общей стоимости работ по тушению пожара Срт() предлагается использовать формулу () (2) где – общая длительность работ по тушению пожара, час; Vi – доля использования ресурса, %; Wi – ставка за единицу рабочего времени, рубчас-1; n - количество привлекаемых и используемых на пожаре трудовых и материальных ресурсов, ед.

Для определения стоимости единичных работ, входящих в Срт(), необходимо провести структурную декомпозицию действий пожарноспасательных подразделений. Например, действие №4 (Рисунок 3) включает в себя множество единичных задач (прокладка рукавных линий, установка автомобиля на водоисточник и т.д.). На диаграмме Ганта для каждого единичного действия выделяется отдельная строка (на рисунке 3, это будут пункты 4.1, 4.2 и т.д.), назначается время выполнения, необходимые трудовые (люди) и материальные (техника) ресурсы. Для каждого ресурса назначается соответствующая оплата (ставка) за их использование (W, рубчас-1).

Расчеты Срт() предполагают использование большого количества исходных данных по каждой операции, поэтому их определение проводится с использованием специальных компьютерных программ (например, Microsoft Project, Адванта, GanttProject и др.).

При вычислении Срт() используются показатели трудозатрат (Т, чел.-ч) на выполнение единичных операций. В данном случае параметр (Т) является расчетным показателем, позволяющим определить эффективность всех действий пожарно-спасательных подразделений при тушении пожара.

По сложившимся подходам, организация тушения пожаров строится на том, что планирование действий по тушению производится только на основании одной величины – требуемого расхода огнетушащих веществ (Qтр, лс-1), который может быть рассчитан при помощи компьютерной программы «Совмещенный график». Остальные параметры (количество трудовых и материальных ресурсов, направления и порядок введения сил и средств) определяются в зависимости от Qтр и решений руководителя тушения пожара (далее - РТП). Последний, основываясь на своих знаниях и практическом опыте, определяет направления прокладки рукавных линий, маршруты передвижения техники и т.д. Знание реальных трудозатрат (Т), необходимых для проведения действий, дает РТП дополнительную информацию, позволяющую детально оценить и определить оптимальные пути и маршруты для действий пожарно-спасательных подразделений. Например, дает возможность сравнить альтернативные схемы боевого развертывания по трудозатратам и выбрать наименее трудоемкую.

В общем виде модель разработки тактической схемы тушения пожара с учетом параметров Qтр и Т, (сокращено «Р-Т» от «расход - трудозатраты) представлена на схеме (Рисунке 4).

Практическая реализация модели «Р-Т» возможна при комплексном использовании геоинформационных систем (далее - ГИС), например, ГЛОНАСС, GPS и др. и соответствующего применения РТС.

Рисунок 4. Модель «Расход-Трудозатраты» ( Р-Т ).

Пунктиром выделена существующая часть расчетной методики разработки плана пожаротушение. Qтр – требуемый расход огнетушащих веществ, лс-1; Т – трудозатраты, чел-час.

Для определения трудозатрат (поз. 6 на рисунке 4) был разработан алгоритм и соответствующая компьютерная программа «Оценка ОТД». Алгоритм определения трудозатрат, построенный с использованием визуального языка программирования ДРАКОН, представлен на рисунке 5.

1.

Оценка ОТД

–  –  –

Название позиций на рисунке 5 – 1. Название модели; 2 – 25 Основной маршрут алгоритма; 3 – 13 Выбор одного из десяти видов оперативнотактических действий (ОТД), выполняемых пожарными при тушении пожара;

14 – 23 Вставка – подпрограммы расчета показателей времени выполнения ОТД; 26 – 32 Расчет значений коэффициентов учитывающих влияние внешний факторов окружающей среды, а также уровень подготовки, оснащения и состояния пожарных участвующих в выполнении ОТД; 34.

Расчет итогового времени выполнения ОТД с учетом влияющих факторов; 35.

Расчет трудозатрат на выполнение ОТД (2); 36. Передача расчетных параметров в «Р-Т» (рисунок 4).

Основной принцип алгоритма основан на том, что в пунктах 4 – 23 производится выбор вида действия для пожарно-спасательных подразделений и расчет времени на его выполнение, далее в пунктах 26 – 32) расчетные показатели корректируются с учетом реальных условий на пожаре.

Показатели времени выполнения отдельных действий были определены на основе экспериментальных исследований, описанных в специальной литературе. Недостающие показатели времени получены в ходе работы над диссертацией методами регрессионного анализа, при этом достоверность результатов проверена с использованием стандартных статистических критериев с расчетом стандартного отклонения и математического ожидания. Всего расчетами определено 1402 показателя из 2953 применяемых в программе «Оценка ОТД».

Все показатели, получаемые в пунктах 4 – 23, определены для экспериментальных условий (в дневное время, при температуре воздуха 15°С, на сухой ровной асфальтированной поверхности и т.д.). Для определения показателей, приближенных к реальным условиям пожара, в алгоритме (Рисунок 5) предусмотрена ветвь {26 – 32}, где определяется степень влияния внешних условий и состояние подготовки пожарно-спасательных подразделений. Например, коэффициент К1 используется для учета влияния температуры окружающего воздуха. При этом для действий, связанных с передвижением на расстояние ( ) и действий, выполняемых на месте ( ), используются разные функциональные зависимости (3) и (4), полученные на основе регрессионного анализа.

–  –  –

Рисунок 6. График изменения коэффициента, учитывающего влияние температуры окружающей среды (t, °C) на время выполнения действий пожарными.

1 – коэффициент действия, выполняемые на месте (+ - экспериментальные данные); 2 - коэффициент действия связанные с передвижением ( – экспериментальные данные)

Аналогично определяются параметры влияния и для других 18 условий:

скорость ветра, уклон местности, высота снежного покрова, возраст, стаж работы и уровень физической подготовки пожарных и других факторов, показанных на рисунке 7. При этом в компьютерной программе «Оценка ОТД»

выполняется логическая проверка достоверности, например, при положительных значениях температуры окружающего воздуха коэффициент К6 (высота снежного покрова) не учитывается в расчетах.

–  –  –

Сопоставлением расчетных показателей времени и трудоемкости, полученных посредством компьютерной программы «Оценка ОТД», для действий, выполняемых пожарно-спасательными подразделениями с использованием РТС, существующих мобильных средств пожаротушения и/или непосредственно пожарными, определяются наиболее рациональные действия для достижения конечной цели по соотношению (1).

Далее предлагается рассмотреть разработанный метод тушения пожара, предназначенный для повышения точности подачи огнетушащих веществ в зону горения.

Повышение расходов огнетушащих веществ (Q, лс-1), подаваемых в зону горения, за счет использования высокопроизводительных насосов и лафетных стволов позволяет повысить эффективность тушения пожара. Однако потери огнетушащих веществ при Q 100 лс-1, возникающие в результате неточного попадания и несогласованных действий пожарных расчетов, приводят к огромным материальным потерям. Кроме того, химически активные добавки, присутствующие в огнетушащих веществах, наносят вред экологии.

Применение систем оперативного термо-визуального мониторинга (далее - ТВМ) с использованием стационарных и мобильных средств наблюдения (поз. 4 и 5, рисунок 7), в комплексе с возможностями наземных мобильных РТС (поз. 7, рисунок 7) позволяет обеспечить необходимую точность подачи огнетушащих веществ в зону горения за счет их совместного использования.

Рисунок 7. Схема тушения пожара РТС с применением системы термо-визуального мониторинга.

Расположение «слепых зон»: 1 - для РТС (7); 2 - для транслятора (5); 3 – для БПЛА (4); 6 – резервуар с горящим нефтепродуктом; 5 – транслятор, смонтированный на молниеотводе;

индексы h, соответственно: р – высота стенки резервуара, в – высота взлива нефтепродукта, k высота расположения транслятора.

–  –  –

Достаточно высокая цена РТС (средняя стоимость пожарной автоцистерны на шасси повышенной проходимости около 4 млн. руб.), что на порядок меньше стоимости ИМР-2 (см. таблицу 1) и ряд других обстоятельств не позволяют массово поставлять мобильные РТС в пожарно-спасательные подразделения. Поэтому выполнено обоснование выбора подразделений для поставки в них РТС. За основные расчетные параметры были приняты географическое положение мест дислокации существующих пожарно-спасательных подразделений), с учетом расположения нефтеперерабатывающих заводов (далее - НПЗ), которые являются логистическими центрами в транспортной сети от нефтепромыслов до конечных потребителей. РП в этой сети являются неотъемлемым структурным элементом процесса транспортировки и переработки нефти и нефтепродуктов.

–  –  –

На основе расчетов составлена матрица расстояний между населенными пунктами дислокации подразделений. С использованием алгоритма Брона – Кербоша, определены возможности для формирования тактических группировок пожарно-спасательных подразделений, имеющих на вооружении мобильные РТС (Таблица 2). Группирование подразделений по алгоритму Брона – Кербоша позволяет снизить эксплуатационные затраты на РТС за счет уменьшения общего количества единиц техники путем обеспечения возможности ее оперативного перемещения из других подразделений группы.

Более половины пожарно-спасательных подразделений с РТС (25 из

33) находятся на расстоянии менее 2000 км между собой, что позволяет существующими средствами транспортировки РТС (авиация, железнодорожный транспорт) своевременно, до возникновения катастрофических последствий аварии, перемещать РТС к месту пожара в РП. Оперативность реагирования подразделений с РТС может быть повышена за счет включения их в состав аэромобильных группировок МЧС России.

180 100% 140 75% Число случаев

–  –  –

Обоснование численности РТС в группировках необходимо осуществлять с учетом основного принципа формирования пожарноспасательного гарнизона – обеспечения возможности тушения двух одновременно возникших пожаров. Поэтому, необходимое количество РТС следует увеличить в два раза от расчетного (Таблица 1). Исходя из этого, общая потребность РТС для 6 группировок и 8 отдельных подразделений ФПС ГПС МЧС России составит: БПЛА типа Гранат ВА-300 – 136 ед.;

Уран-14 – 56 ед.; ИМР-2 – 28 ед. Общая оценочная стоимость РТС составит порядка 3 млрд. руб. (по ценам 2015 года). При повсеместном комплектовании всех подразделений суммарное количество РТС составит 340 единиц, а необходимые затраты возрастут до 7,5 млрд. руб.

В заключении сформулированы основные выводы и рекомендации, полученные в ходе диссертационной работы.

Основные выводы и результаты заключаются в следующем:

1. Разработана математическая модель совместного применения РТС и мобильных средств пожаротушения при тушении пожаров в РП на основании комплексной оценки показателей требуемого расхода огнетушащих веществ и трудоемкости действий, выполняемых пожарноспасательными подразделениями.

2. Анализ возможностей РТС, находящихся на вооружении подразделений МЧС России показал, что совместное использование РТС и существующих мобильных средств пожаротушения при тушении пожаров в РП позволяет повысить уровень тактических возможностей и управляемости пожарно-спасательных подразделений за счет возможности замены на РТС до 15 % пожарных, находящихся на наиболее опасных участках.

3. Разработана методика тушения пожаров в РП с совместным использованием мобильных средств пожаротушения и РТС с применением технологий ТВМ с использованием стационарных и мобильных средств наблюдения;

4. Разработана методика оценки потребности пожарно-спасательных подразделений в РТС на основании анализа пожарной опасности РП и тактических возможностей пожарно-спасательных подразделений ФПС ГПС МЧС России.

5. Разработан алгоритм оптимизации расходов на оснащение пожарно-спасательных подразделений мобильными РТС за счет создания тактических группировок с возможностью оперативного перемещения РТС между подразделениями, что позволяет снизить общее количество РТС с 340 до 220 ед. (снижение в 1,5 раза) и затрат с 7,5 до 3 млрд. руб.

6. Разработаны компьютерные программы «Оценка ОТД» и «Совмещенный график», позволяющие автоматизировать процесс расчета показателей времени и трудоемкости выполнения действий пожарноспасательными подразделениями при тушении пожаров с учетом и без учета применения РТС.

Статьи, опубликованные в научных журналах рекомендуемых ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации

1. Власов К.С., Порошин А.А. Индексы деятельности пожарных подразделений при организации тушения пожаров на объектах топливно-энергетического комплекса / Научный журнал «Технологии техносферной безопасности» 2015 № 2 (60), 8 с.

2. Власов К.С., Порошин А.А. Метод комплектования пожарных подразделений робототехническими средствами в зависимости от географического положения объектов защиты / Научный журнал «Технологии техносферной безопасности» 2015 № 3 (61), 10 с.

3. Власов К.С., Цариченко С.Г. Математическая модель организации управления роботизированными пожарными подразделениями при тушении крупных пожаров / Научный журнал «Технологии техносферной безопасности»

2015 № 2 (60), 9 с.

4. Власов К.С., Денисов А.Н., Зыков В.В. Многомерный анализ показателей оперативной деятельности пожарных подразделений // Пожарная безопасность.

2013. № 4. С. 80–86.

5. Власов К.С., Порошин А.А., Павлов Е.В. Перспективы применения наземных робототехнических средств на пожарах в условиях отрицательных температур // Пожарная безопасность. 2016. № 1. С. 54–62.

6. Власов К.С., Цариченко С.Г., Денисов А.Н. Обоснование необходимости применения робототехнических средств для повышения тактических возможностей пожарных подразделений // Пожарная безопасность. 2014. № 4. С. 53–60.

Учебные пособия и методические рекомендации

7. Профилактика и тушение пожаров в высотных зданиях и зданиях повышенной этажности с вентилируемыми фасадами: учеб. пособие / А. П. Чуприян, Б. А. Борзов, А. В. Матюшин, К. С. Власов [и др.]; под общ. ред. А. П. Чуприяна. М.: ВНИИПО, 2016. 348 с.

8. Методические рекомендации по тактике применения наземных робототехнических средств при тушении пожаров // Матюшин А. В., Цариченко С. Г., Порошин А. А., Власов К. С. [и др.] М.: ВНИИПО, 2015. 39 с. Утв. МЧС России 17.06.15 № 2-4-87-26.

Статьи и материалы конференций

9. Власов К.С., Порошин А.А. Оценка потребности пожарных подразделений в робототехнических средствах / Актуальные проблемы пожарной безопасности: материалы XXVII Междунар. науч.-практ. конф., посвященной 25-летию МЧС России. В 3 ч. Ч 3-М.: ВНИИПО, 2015. С. 219-228

10. Власов К.С. Анализ методики изучения крупных пожаров // Актуальные проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. – М.: ВНИИПО, 2009. - с.339-342.

11. Власов К.С., Петухов А.Н. Аналитический обзор методик по расчету сил и средств, для проведения аварийно-спасательных работ // Актуальные проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. – М.: ВНИИПО, 2010

12. Власов К.С., Петухов А.Н. Алгоритм расчета сил пожарной охраны для проведения аварийно-спасательных работ // Актуальные проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. – М.: ВНИИПО, 2010

13. Власов К.С., Денисов А.Н. Анализ данных о количестве пожарной техники, привлекаемой для тушения тактически сложных пожаров // Актуальные проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. – М.: ВНИИПО, 2014. - с.39 - 45.

14. Власов К.С., Денисов А.Н. Компьютерная программа «Норматив 2.0» – автоматизация процесса определения показателей времени выполнения действий пожарными с учетом различных факторов // Актуальные проблемы пожарной безопасности: Сб. науч. тр. – М.: ВНИИПО, 2014. - с.51-56.

15. Власов К.С., Зыков В.В., Реутт М.В., Гладких А.Н. Нормативное правовое и организационно-методическое обеспечение деятельности пожарноспасательных сил МЧС России: Сб. науч. тр. под. ред. В.И. Климкина – М.:

ВНИИПО, 2012. - с.562-572.

16. Власов К.С., Денисов А.Н. Зыков В.В. Недостатки существующих методов оценки деятельности оперативных пожарных подразделений // Проблеми цивільного захисту: управління, попередження, аварійно-рятувальні та спеціальні робот: Сб. науч. тр. – Харьков НУГЗ, 2013

17. Власов К.С., Денисов А.Н. Элементы теории графов при анализе показателей оперативного реагирования // Проблеми цивільного захисту: управління, попередження, аварійно-рятувальні та спеціальні робот: Сб. науч. тр. – Харьков НУГЗ, 2013

18. Власов К.С., Цариченко С.Г. Математическая модель применения робототехнических средств на пожаре / Актуальные проблемы пожарной безопасности: материалы XXVII Междунар. науч.-практ. конф., посвященной 25-летию МЧС России. В 3 ч. Ч 3-М.: ВНИИПО, 2015. С. 129-138

19. Власов К.С., Порошин А.А. Многомерный статистический анализ показателей деятельности пожарных подразделений при тушении пожаров на объектах топливо-энергетического комплекса / Актуальные проблемы пожарной безопасности: материалы XXVII Междунар. науч.-практ. конф., посвященной 25летию МЧС России. В 3 ч. Ч 2-М.: ВНИИПО, 2015. С. 12-23 Компьютерные программы 20. «Оценка ОТД» Свидетельство о государственной регистрации от 24 июня 2014 г. №2014616432. Авторы: Власов К.С., Денисов А.Н.

Похожие работы:

«Метафизика, 2013, № 5 (7) ВРЕМЯ В КОСМОЛОГИИ ВРЕМЯ В СОВРЕМЕННОЙ КВАНТОВОЙ КОСМОЛОГИИ А.Ю. Севальников Институт философии РАН Статья посвящена разрешению парадокса отсутствия времени в квантовой космологии. При описании мира в целом с точки зрения квантовой механики отсутствует эво...»

«Министерство образования Республики Беларусь Белорусский национальный технический университет Энергетический факультет АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИ Материалы 70 – й научн...»

«Меры безопасности при работе с прибором. Обратите внимание! Прибор является сложным техническим устройством и требует соблюдения ряда мер предосторожности при работе. Питание прибора осуществляется от сети напряжением 220 В, которое может быть опасным для жизни, поэтому не открывайте крышку включенного прибо...»

«Тема: Совершенствование законодательства в области энергосбережения и учета энергоресурсов в ЖКХ Предложение по измерению законодательных нормативно-правовых актов Основой концепции является введение обязанности 1. поставщиков ресурсов (ресурсоснабжающих организаций) за...»

«z Промышленная автоматика и система управления Описание системы Версия 2.2 В случае технических изменений·СА1110392en-I·August2003 Следующие имена продуктов являются зарегистрированными товарными знаками: Содержание Система авоматизации и управления DESIGO: мощная открытая система.5 От...»

«АРХЕОЛОГИЯ УДК: 903.43+519.5 Бохайские городища на территории Китая и КНДР 1 Максим Александрович Стоякин, ма гистр ис кусств уни вер си тета Корё (кафедра "Археологии и искусства"), Республика Корея. E-mail: stake-14@yandex.ru На основе комплекса известных б...»

«Сафронова Татьяна Николаевна ГИДРОДЕСУЛЬФУРИЗАЦИЯ И ГИДРИРОВАНИЕ КОМПОНЕНТОВ МАСЛЯНЫХ ФРАКЦИЙ НА Ni(Co)Mo(W)/Al2O3 КАТАЛИЗАТОРАХ 02.00.13 – Нефтехимия Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук САМАРА – 2014 Работа выполнена на кафедре "Химическая технология...»

«РОССИЙСКИЙ МОРСКОЙ РЕГИСТР СУДОХОДСТВА Рекомендации по комплексной оценке фактического технического состояния судна (CAP) Издание: 2016 Аннотация Настоящие Рекомендации по комплексной оценке фактического технического состояния судна (CAP) (далее – Рекомендации) регламентируют порядок, критерии вы...»

«Современные строительные материалы Выпуск 2015 1(111) УДК 625.855.3 М. К. ПАКТЕР, А. А. СТУКАЛОВ Донбасская национальная академия строительства и архитектуры ТЕРМООКИСЛИТЕЛЬНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ДОРОЖНОГО БИТУМА В СЛОЯХ РАЗЛИЧНОЙ ТОЛЩИНЫ В работе представлены р...»

«АСБ Рубикон Адресная система безопасности Цель создания системы Цель: Обеспечение безопасности зданий, строений, сооружений при воздействии угроз: природных, техногенных, криминальных, террористических. Исходные...»

«Романов Алексей Андреевич, Волчек Дмитрий Геннадьевич РАЗРАБОТКА ВИЗУАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ПО ТЕМЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ ИСЧИСЛЕНИЕ ДЛЯ КУРСА МАТЕМАТИКИ В статье авторы рассказывают о проблеме преподаван...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.