Задачи повышения эффективности функционирования систем обнаружения лесных пожаров Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

//2 Civil SecurityTechnology, Vol. 11, 2014, No. 4 (42)

УДК 614.841.41

Задачи повышения эффективности функционирования систем обнаружения лесных пожаров

ISSN 1996-8493

© Технологии гражданской безопасности, 2014

В.И. Старцев

Аннотация

Рассмотрена проблема организации выполнения мероприятий по защите населения и территорий в условиях лесных пожаров. Проведенные исследования подтверждают необходимость создания эффективных систем по обнаружению лесных пожаров, комплекса защитных мероприятий с целью недопущения их распространения на населенные пункты и объекты экономики, расположенные вблизи леса.

Ключевые слова: раннее обнаружение; лесные пожары; защитные мероприятия; распространение; эффективность.

Problems of Increase of Efficiency of Functioning of Systems of Detection of Forest

ISSN 1996-8493

© Civil Security Technology, 2014

V. Startsev

Abstract

The article considers the problem of organizing the implementation of measures defend the population and territory in terms of forest fires. The studies confirm the necessity of establishing effective systems for the detection of forest fires, set of protective measures to prevent its spread to communities and businesses located near the forest.

Key words: early detection; forest fires; control measures; distribution; effectiveness.

В рамках реализации утвержденных Президентом Российской Федерации основ государственной политики в области обеспечения безопасности населения Российской Федерации до 2020 года, единая государственная система предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций (РСЧС) осуществляет целенаправленную работу в области предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций [1, 2, 3].

Вместе с тем, проблема лесных пожаров в Российской Федерации по-прежнему остается актуальной, этому свидетельствует 2010 год, который был одним из самых сложных и трудных за период многолетних наблюдений. Борьба с пожарами в сочетании с аномальными погодными условиями, распространение лесных пожаров привели к тому, что пострадало 199 населенных пунктов, 3180 домовладений было повреждено или уничтожено огнем, пострадало более 7 тысяч человек, 62 человека погибло, общий ущерб составил свыше 12 млрд рублей [4].

В связи с этим, одну из основных задач — не допустить распространение лесных пожаров на жилой сектор и объекты экономики нельзя решить без своевременного обнаружения лесных пожаров. Данная задача решается с помощью создания на определенном участке леса системы обнаружения, которая может состоять из нескольких средств обнаружения.

Для каждого участка леса можно определить класс его пожарной опасности, в соответствии с которым рекомендовать время прибытия пожарной бригады на место лесного пожара и начала работы по тушению. Зная расположение пожарной части для данного участка леса и рекомендованное время прибытия пожарной бригады на место лесного пожара и начала работы по тушению, можно рекомендовать время, не позже которого каждый лесной пожар должен быть обнаружен.

Существует множество видов обнаружения лесных пожаров. Основные — это наземное патрулирование, наблюдение за лесом с пожарно-наблюдатель-ных пунктов, вышек, мачт, применение автономных пожарных извещателей, авиационный мониторинг лесных пожаров и космический мониторинг лесных пожаров. Система обнаружения лесных пожаров может состоять как из средств обнаружения одного вида, так и являться комбинацией применения нескольких видов средств обнаружения [6, 7].

Для оценки эффективности системы обнаружения лесных пожаров был предложен метод, основанный на подсчете вероятности обнаружения лесного пожара за критическое время в нескольких точках участка леса, на котором функционирует данная система [8].

Для возможности проведения расчетов данным методом для каждого средства обнаружения, входящего в систему, была введена характеристика интенсивности поиска. Данная величина может быть получена из экспериментов. Получив данную величину для конкретного средства обнаружения лесного по-

жара, можно определить вероятность обнаружения лесного пожара за некоторое время в каждой точке лесного участка.

Зная вероятности обнаружения в зависимости от времени для каждого средства обнаружения, можно найти вероятность обнаружения пожара всей системой обнаружения в каждой точке данного участка за некоторое время. Подставив критическое время обнаружения лесного пожара, можно найти вероятность своевременного обнаружения (за критическое время) пожара в некоторой точке лесного участка. Выделив на лесном участке несколько таких точек, найдя для них вероятности своевременного обнаружения и сложив их, можно найти величину, характеризующую эффективность данной системы обнаружения на заданном лесном участке.

Благодаря данному методу, можно решать такие задачи, как оптимальная расстановка средств обнаружения лесных пожаров в заданной области и оценка эффективности всей системы обнаружения лесных пожаров.

Если рассмотреть некоторую территорию G полностью, либо частично покрытую лесами различных типов с известными характеристиками лесных участков данной территории (это видовой состав и состояние леса), то для всех участков с помощью приложения 1 можно найти класс леса по природной пожарной опасности. Данный участок леса будет принадлежать к одному из пяти классов природной пожарной опасности. Далее, если объединить участки с одинаковым классом, то можно получить заданную территорию, разбитую на участки с определенным классом природной пожарной опасности.

Для каждого класса природной пожарной опасности участка леса определено рекомендуемое время прибытия пожарной бригады для тушения пожара:

на участках, отнесенных к I классу природной пожарной опасности, — не позднее одного часа после начала пожара;

на участках, отнесенных ко II классу, — не позднее двух часов;

на участках, отнесенных к III—IV классам, — трех часов после возникновения пожара.

Таким образом, для каждого участка леса данной территории известно рекомендуемое время прибытия пожарной бригады [5].

Рассмотрим следующую задачу. В данной области лесного массива О имеется т средств наблюдения, расположенных произвольно на плоскости так, что зоны их мониторинга находятся в области О.

Можно выбрать прямоугольную систему координат с началом координат в любой точке плоскости.

Территорию О следует разбить на ряд прямоугольных участков линиями, параллельными осям координат. Для этого на оси X нужно отметить точки *1, *2, •••, X;, •••, х„, а на оси У точки уь у2, ..., уп, ..., ук.

/74 ^П SecurityTechnology, Vol. 11, 2014, No. 4 (42)

В общем случае расстояния между этими точками могут быть неодинаковыми.

В результате того, что территория О разбита на прямоугольники, получится множество точек пересечения линий, параллельных осям координат, количество которых будет определяться произведением пк, а их координаты могут быть записаны в виде таких последовательностей:

Х1 у1, Х1 у 2 ,..., Х1 уп ,..., Х1 ук ;

Х2 у1, Х2 У2 ,..., Х2 Уп,..., Х2 ук; Х$У1, Х^У2,..., х $ 1}..., х ; Хпу^ Хпу2,..., Хпуп ^ Хпук.

(1)

Таким образом, в общем виде координаты любой точки сетки территории О могут быть записаны в виде х^Уп, где £ = 1, 2, ..., п; п = 1, 2, ..., к.

Каждая точка Х^уц сетки попадает на некоторый участок леса, для которого уже известно рекомендуемое время прибытия пожарной бригады (от момента возникновения пожара).

Месторасположение пожарной бригады на данной территории — известно, то есть, известны ее координаты Хб и Уд.

Время прибытия пожарной бригады к месту пожара есть сумма времени, за которое данный пожар был обнаружен системой мониторинга, и времени, за которое пожарная бригада доберется на место.

Поэтому критическое время обнаружения можно вычислить по формуле:

грек ^переб,

(2)

где 1кр — критическое время обнаружения пожара системой мониторинга, грек — рекомендованное время прибытия пожарной бригады к месту пожара, гпереб — время переброски пожарной бригады к месту пожара.

Для каждой точки сетки Хуп можно посчитать гпшр1б. В самом простом случае его можно рассчитать, как

г ,= к

переб

- Хд )2 + (( Тд )2

(3)

где Уб — скорость передвижения пожарной бригады, к — коэффициент, учитывающий непрямолинейность и неровность пути пожарной бригады к месту пожара.

Таким образом, для каждой точки сетки Х^уп известно критическое время tкр щ за которое лесной пожар в данной точке должен быть обнаружен системой мониторинга.

Положение каждого средства наблюдения на плоскости будет характеризоваться абсциссой и ординатой точки его положения в выбранной системе координат, а структура всей системы наблюдения может быть задана последовательностью вида

{Х1Т1, Х2Т2, . ••, Х'Г', . ••, ХтТт},

где X?] — координаты г-го средства наблюдения.

Расстояние от г-го средства обнаружения до наблюдаемой точки Х^УЦ равно

д x) +(у п- г).

(4)

Для каждого средства наблюдения известна интенсивность поиска у ¡(г, Дг). Она определяется методом регрессионного анализа на основе экспериментальных данных испытаний.

Тогда вероятность обнаружения пожара системой наблюдения с данной конфигурацией средств мониторинга и мест их расположения в точке Х^уц за время гкр п будет равна

/„ X^Ч) +(уп-г) ).Л

Р = 1 - е

(5)

Если просуммировать данную величину по всем точкам сетки, которая покрывает заданную территорию О, то можно получить величину, характеризующую эффективность обнаружения лесных пожаров данной системой обнаружения на территории О за критическое время обнаружения [9].

=хи X "а -

-|„Кр ' X1>(т^(-X)2 +(у п-Г)2 )Лт

). (6)

Таким образом, решается задача оценки эффективности конкретной системы обнаружения пожаров на данной территории.

Задача оптимальной расстановки средств обнаружения лесных пожаров в заданной области.

Пусть в некоторой области О имеется т средств наблюдения за лесными пожарами. Требуется найти оптимальную расстановку средств обнаружения в данной области с помощью оценки эффективности системы мониторинга, приведенной в формуле (6).

Если выбрать прямоугольную систему координат с началом в любой точке плоскости, то положение каждого средства наблюдения на плоскости будет характеризоваться абсциссой и ординатой точки его положения в выбранной системе координат, а структура всей системы наблюдения может быть задана последовательностью вида

^^ К,?» XmYm},

где — координаты -го средства наблюдения.

Интенсивность поиска каждого средства наблюдения может быть задана функцией , где — расстояние от -го средства обнаружения до наблюдаемой точки.

г

кр

V

б

R =J(x - Xt )2 + (y - Yt )2.

(7)

Разбив область О на ряд прямоугольных участков линиями, параллельными осям координат, и отметив для этого на оси X точки х1, х2, Хр хп, а на оси У точки у1, у2, ..., у ..., ук (в общем случае расстояния между этими точками могут быть неодинаковыми), получается множество точек пересечения линий, параллельных осям координат, количество которых будет определяться произведением пк, а их координаты могут быть записаны в виде таких последовательностей:

Х1 у1, X1 y2 X1 Уп '"""' X1 Ук ' X2 у1 J X2 y2 '""•' X2 Уп '""•' X2 yk ' X4y1, X4y2 , •••, X 4 f¡•••J X Iyk ;

X„yiJ Xn y2 J XnУn,•••, Xnyk •

(8)

Таким образом, в общем виде координаты любой точки сетки области О могут быть записаны в виде х^, где р = 1, 2, ..., п; п = 1, 2, ..., к.

Для оценки эффективности системы обнаружения лесных пожаров следует пользоваться величиной:

F Sn=1S 4=1(1

M9)

Тогда задача может быть сформулирована в следующем виде:

-Г S",Y (W(X)2 +(y ,-Y)2

SS (1 - e J0 - ' '' ) ^ max

n=i 4=1

Решение данных задач является одной из составляющих частей задач синтеза эффективных систем пожарной охраны, в которую входят мероприятия по

предупреждению лесных пожаров, обнаружению лесных пожаров, ограничению распространения и тушению лесных пожаров, рекомендуется к использованию Россельхозом и подразделениями пожарно-спасательных сил.

Литература

1. Основы государственной политики в области обеспечения безопасности населения Российской Федерации и защищенности критически важных и потенциально опасных объектов от угроз природного, техногенного характера и террористических актов на период до 2020 года (утв. Президентом РФ 15 ноября 2011 г № Пр-3400).

2. Федеральный закон от 21 декабря 1994 г N 68-ФЗ «О защите населения и территорий от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера».

3. Постановление Правительства РФ от 30 декабря 2003 г. № 794 «О единой государственной системе предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций».

4. Пожары и пожарная безопасность в 2010 году // статистический сборник / под общ. ред. В.И. Климкина. М.: ВИИПО, 2011. С. 162.

5. Приказ Федеральной службы лесного хозяйства России от 30.06.95 № 100 «Указания по обнаружению и тушению лесных пожаров».

6. Бондур В.Г. Космический мониторинг природных пожаров в России в условиях аномальной жары 2010 г. // Исследование земли из космоса». 2011. Вып. 3. С. 3—13.

7. Официальный сайт системы мониторинга лесных пожаров «Лесной дозор» http://lesdozor.com/.

8. Овсяник А.И. , Косоруков О.А., Старцев В.И. О повышении эффективности системы раннего обнаружения лесных пожаров // интерн.-ж-л «Технологии техносферной безопасности». 2014. № 5. С. 6.

9. Овсяник А.И. , Косоруков О.А. , Старцев В.И. Задачи синтеза эффективных систем обнаружения лесных пожаров // Пожары и чрезвычайные ситуации: предотвращение, ликвидация. 2014. № 3. С. 36.

Сведения об авторе

Старцев Владимир Иванович: адъюнкт, Академия ГПС МЧС России.

129366, Москва, ул. Бориса Галушкина, 4. E-mail: [email protected]

Information about authors

Startcev Vladimir I.: Associate, Academy of State Fire Service

of the Russian Emergencies Ministry.

129366, Moscow, Boris Galushkin str., 4.

Tel.: (4212) 41-29-57.

E-mail: [email protected]