Введение к работе
Актуальность диссертационного исследования. Прогнозирование возникновения и развития горения является актуальным вопросов в сфере обеспечения безопасности людей при пожарах и сохранения материальных ресурсов на различных объектах. Специфика пожара такова, что при определении оценки пожарной опасности, особенно крупных и сложных объектов, требуется большое количество справочной информации, расчетных методов и моделирования обстановки на пожаре. При этом отмечается недостаточность исходных данных, необходимых для определения оценки пожарной опасности развития пожаров, в том числе методов расчетного обоснования последствий пожаров.
Любой подход в моделировании, будь то физический или математический, представляет комплексную и сложную задачу для исследователей. Понятие моделирования пожаров охватывает физико-математическое представление всех процессов, так или иначе связанных с возникновением и развитием пожара, включая воздействие опасных факторов пожара (ОФП) на человека, поведение людей в экстремальных ситуациях, стратегию и тактику пожаротушения, оценку потенциального и фактического ущерба от пожара.
Часто, объекты промышленности, расположены на открытых территориях. Бесконтрольное наращивание производственных мощностей на таких объектах, могут привести к образованию различного рода пожаров и представлять серьезную угрозу для людей. Кроме того, возможны различные стихийные бедствия (возникновение и развитие пожаров лесных массивов, граничащих с сельскими населенными пунктами), которые наносят огромный ущерб народному хозяйству. Таким образом, пожары на открытых территориях представляют собой источник повышенной опасности для жилого сектора, и требует совершенствование эффективности управления этим процессом.
Современные математические программы (интегральные, зонные и полевые), разработаны для расчета развития пожара в замкнутых пространствах (помещениях). Однако пожары на открытых территориях особенно в сельских населенных пунктах, отличаются большими масштабами, необходимостью учета погодных условий (максимальная и минимальная температура воздуха, атмосферные осадки, направление ветров), конструктивными особенностями зданий и сооружений, удаленностью пожарных частей, наличием и расположенностью водоисточников и т.д. Предупреждение пожаров в сельских населенных пунктах, граничащих с лесными массивами, становится все более и более актуальной задачей. События «жаркого лета» 2010–2011 гг. наглядно показали, что существует проблема их предупреждения, локализации и тушения. Пожарные подразделения ни всегда способны предотвратить стихийное бедствие в сельских населенных пунктах, особенно в условиях ограниченности сил и средств. Причина данных обстоятельств чаще всего заключается в отсутствии исследования системных связей противопожарного состояния объекта и обстоятельств. При повышении эффективности промышленных объектов на открытых территориях необходимо четко прорабатывать их противопожарную защиту, не допуская отступлений от нормативных требований, в противном случае, будет иметь огромный материальный ущерб, человеческие жертвы, негативные социально-психологические и экологические последствия с соответствующим реагированием со стороны общественности и прокуратуры. Таким образом, системное исследование моделирования описания процессов возникновения и развития пожара лежит в основе успешного применения комплекса противопожарных мер на любом объекте.
Учитывая данное обстоятельство, можно сделать вывод о необходимости проведения системного анализа и математических моделей для исследования возникновения и распространения пожара на открытых территориях. Недостаточное исследование этих вопросов обусловило выбор темы настоящего исследования.
Целью диссертационной работы является повышение пожарной безопасности промышленных объектов на открытых территориях, с использованием современных методов обработки информации.
Научная задача исследования: разработка моделей описания развития пожаров для оценки пожарной опасности объектов расположенных на открытых территориях.
Частные задачи на отдельных этапах исследования:
-
Провести системное описание современных методов моделирования развития и распространения пожаров, как в замкнутых пространствах, так и на открытых территориях;
-
Разработка перколяционной модели описания развития пожара для оценки пожарной опасности объектов расположенных на открытых территориях;
-
Создание экспертной модели анализа пожарной опасности объектов расположенных на открытых территориях с использованием нейронных сетей.
Объект исследования. Закономерности процессов развития пожаров, системные связи распределенной пожарной нагрузки с описанием пожаров на открытых территориях.
Предмет исследования. Модели описания развития пожаров с использованием перколяционного процесса и нейронных сетей.
Методы исследования. В диссертационной работе использовались следующие методы: теория систем, анализ аналогий и подобий, стохастический анализ, математическое моделирование, теория перколяции, нейронные сети.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в:
– систематизации существующих методов моделирования развития и распространения пожаров, как в замкнутых пространствах, так и на открытых территориях;
– разработке перколяционной модели развития пожаров для оценки пожарной опасности объектов расположенных на открытых территориях;
– создании экспертной модели анализа пожарной опасности объектов расположенных на открытых территориях с использованием нейронных сетей.
Практическая значимость состоит в том, что в результате проведенной работы:
– предложена модель описания развития горения с помощью, которой можно повысить эффективность пожарной безопасности объектов расположенных на открытых территориях;
– разработана экспертная модель анализа пожарной опасности объектов расположенных на открытых территориях с использованием нейронных сетей;
– на основании разработанных моделей развития пожаров могут быть даны рекомендации по усовершенствованию и планированию необходимых противопожарных мероприятий, а также планов эвакуации и стратегии пожаротушения;
Основные положения работы могут быть использованы в учебном процессе Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России при проведении занятий по дисциплине «Прогнозирование опасных факторов пожара».
Достоверность и обоснованность основных положений диссертационного исследования подтверждаются применением современного подхода моделирования, корректным использованием результатов исследования, апробацией полученных результатов на практике, а также реальными статистическими данными и согласованностью результатов с известными моделями развития пожара, справедливость которых не вызывает сомнений.
На защиту выносятся основные научные результаты:
-
Системное описание существующих методов математического моделирования развития и распространения пожаров.
-
Перколяционная модель описания развития пожаров на открытых территориях.
-
Модель анализа пожарной опасности на открытых территориях с использованием нейронных сетей.
Апробация исследований. Основные научные результаты исследования докладывались и обсуждались на 14 международных конференциях. В их числе: Сервис безопасности в России: опыт, проблемы, перспективы, (II Международная научно-практическая конференция, Санкт-Петербург, 2009 г., Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России); Fire and Explosion Protection (XII International scientific conference, 2010 г., Higher Education Technical School of Professional Studies in Novi Sad, Republic Serbia); Совершенствование работы в области обеспечения пожарной безопасности людей на водных объектах (Научно-практическая конференция, Вытегра, Вологодская область, 2010 г., УСЦ «Вытегра» МЧС России); Safety Engineering (Fire, Environment, work) (II International scientific conference, 2010 г., Школа молодых ученых (Научно-практическая конференция, посвященная 20-летию МЧС России, Иваново, 2010 г., Ивановский институт ГПС МЧС России); Чрезвычайные ситуации: предупреждение и ликвидация (VII Международная научно-практическая конференция 2011 г., Минск, Республика Беларусь); Wood and Fire Safety, 7th International Scientific Conference: – Strbske Pleso, Slovakia, 2012 г.; Проблемы устойчивости функционирования стран и регионов в условиях кризисов и катастроф современной цивилизации (XVII Международная научно-практическая конференция по проблемам защиты населения и территорий от чрезвычайных ситуаций, ФГБУ ВНИИ ГОЧС, Москва, 2012 г.); International scientific conference on the occasion of the jubilee of the 20th anniversary of establishment of the state fire department safety engineering and civilization threats, Czestochowa, Poland,2012 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано четырнадцать научных работ, в том числе четыре статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Объем публикаций – 4,0 п.л.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов по каждой главе, заключения, библиографического списка использованных источников. Работа содержит 102 страниц текста, 9 таблиц, 24 рисунков, 112 наименований литературных источников, 1 приложение.
