Автореферат: Автоматизированная система управления пожарной безопасностью производства фрезерного торфа

Автоматизированная система управления пожарной безопасностью производства фрезерного торфа

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Торфяные пожары в Тверской области ежегодно охватывают большие площади лесов, болот, торфяных предприятий и заброшенных полей добычи торфа. Экономика области терпит от них значительный ущерб вследствие гибели лесных массивов, уничтожения производственной продукции, привлечения больших сил и средств на тушение. Окружающей среде наносится зачастую непоправимый вред. Многие экологические системы оказываются непоправимо разрушенными. С дымом в атмосферный воздух выбрасываются загрязняющие вещества в количествах, намного превышающих предельно допустимые концентрации, что отрицательно влияет на здоровье людей, обостряет хронические заболевания, увеличивает смертность населения.

Наиболее распространенными причинами торфяных пожаров являются: самовозгорание фрезерного торфа в штабелях - 47%, искры, возникающие при работе технологического оборудования и тракторов - 25%, неосторожное обращение с огнем и пр. - 28%. Таким образом, чаще всего пожар возникает из-за самовозгорания торфа. Самовозгорание приводит как к прямым потерям торфа, так и к значительным убыткам за счет отвлечения большого количества рабочей силы на тушение очагов, изоляцию горящих караванов и др.

Для уменьшения потерь, причиняемых самовозгоранием фрезерного торфа, необходимо своевременное прогнозирование появления очагов самовозгорания и принятие соответствующих мер, направленных на его предотвращение.

Целью данной работы является увеличение точности прогнозирования самовозгорания фрезерного торфа в штабелях, повышение оперативности и эффективности принятия решений, направленных на предупреждение самовозгорания.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ существующих методов прогнозирования самовозгорания фрезерного торфа в штабелях;

- определить наиболее подходящий метод прогнозирования опасности самовозгорания фрезерного торфа;

- сформулировать основные положения построения автоматизированной системы управления пожарной безопасностью производства фрезерного торфа;

- разработать структуру автоматизированной системы управления пожарной безопасностью производства фрезерного торфа;

- разработать человеко-машинную процедуру принятия решений по формированию комплекса мер, направленных на борьбу с самовозгоранием фрезерного торфа в штабелях;

- разработать прототип программного комплекса автоматизированной системы управления пожарной безопасностью производства фрезерного торфа;

- провести апробацию результатов исследования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- осуществлено развитие метода прогнозирования самовозгорания фрезерного торфа, разработанного Козловым В.А., Малковым Л.М. и др., путем перехода к интервальным значениям диагностических показателей и прогностических коэффициентов, что привело к значительному сокращению зоны неопределенности и, как следствие, увеличению количества правильных прогнозов;

- разработана методика автоматизированного формирования плана мероприятий, направленных на борьбу с самовозгоранием, базирующаяся на использовании продукционных правил, связывающих достижение диагностическими показателями определенных значений с необходимыми управляющими воздействиями и сроками их проведения;

- для данной методики разработаны типовые шаблоны продукционных правил, определяющих назначение или прекращение мероприятий, регулярность или нерегулярность проведения мероприятий, абсолютные или относительные сроки проведения.

Практическая значимость работы вытекает из ее актуальности. Разрабатываемая автоматизированная система сможет применяться в практике работы торфяных предприятий для получения прогноза опасности самовозгорания фрезерного торфа, выявления наиболее опасных в этом отношении торфяных полей, автоматизированного формирования комплекса мероприятий по предупреждению самовозгорания, поможет избежать неоправданных затрат.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях: XVIII Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологии» (Казань, 2005), XVII Международной научно-технической конференции «Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании» (Пенза, 2006), Научно-практической конференции «Современные проблемы развития фундаментальной науки: по результатам регионального конкурса РФФИ 2006 года» (Тверь, 2006), Международной научно-технической конференции «Проблемы технологии и механизации разработки полезных ископаемых», посвященной 100-летию со дня рождения видного ученого, талантливого педагога, профессора, доктора технических наук, члена-корреспондента АН БССР Опейко Ф.А. (Минск, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, в том числе в журнале «Программные продукты и системы», рекомендованном ВАК для публикации основных научных результатов диссертаций по специальности 05.13.06.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем работы составляет 133 страницы. Диссертация содержит 7 рисунков и 17 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены основные факторы, влияющие на процесс саморазогревания и самовозгорания фрезерного торфа в штабелях, и основные методы борьбы с этим явлением.

Далее, проведен анализ различных методов прогнозирования опасности самовозгорания фрезерного торфа. Большинство из них может быть разделено на две основные категории: одни основываются на природно-генетических свойствах торфа, другие на внешних, прежде всего, метеорологических факторах. Такая односторонность является недостатком - при определении опасности самовозгорания необходимо учитывать и те, и другие факторы. Кроме того, некоторым методам свойственны и другие недостатки: обобщенный характер прогноза, отсутствие единого показателя опасности самовозгорания или использование в качестве исходных данных значения показателей за весь сезон добычи торфа, что не позволяет осуществлять прогноз заблаговременно.

От перечисленных недостатков свободен метод, разработанный Козловым В.А., Малковым Л.М. и др. Этими авторами была разработана прогностическая таблица для определения опасности самовозгорания торфа, проводящегося в два этапа: перед началом сезона - исходя из природно-генетических свойств торфа, по окончании сезона - исходя также из метеорологических показателей и температуры торфа в штабелях.

Преимуществом данного метода является то, что он учитывает факторы различной природы, характеризующие как природно-генетические свойства торфа, так и метеорологические условия сезона, и выдает единый показатель опасности самовозгорания торфа. Таким образом, он объединяет положительные стороны методов обеих категорий. Еще одно положительное качество заключается в возможности прогнозирования перед началом сезона добычи торфа, когда известны значения еще не всех факторов. Кроме того, метод был успешно опробован на различных торфяных предприятиях, что говорит о его независимости от конкретного предприятия.

Недостатком данного метода является наличие «зоны неопределенности», при попадании в которую суммы прогностических коэффициентов невозможно дать определенный ответ о принадлежности торфа к той или иной категории. Кроме того, не учитывается погрешность измерения диагностических показателей. Это чревато тем, что в результате прогнозирования может быть пропущено торфяное поле, опасное в отношении самовозгорания, или, наоборот, выдан сигнал ложной тревоги, а также могут быть излишние случаи отказа от распознавания категории.

Таким образом, метод Козлова В.А. был признан наилучшим среди рассмотренных методов определения опасности самовозгорания. Однако был сделан вывод о целесообразности его модернизации в целях учета погрешности измерений и уменьшения зоны неопределенности, чтобы уменьшить количество отказов от распознавания категории опасности самовозгорания.

Вторая глава посвящена модернизации метода определения опасности самовозгорания фрезерного торфа, разработанного Козловым В.А. и др.

Для преодоления выявленных ограничений было решено использовать интервальную арифметику.

В этом случае диагностические показатели представляются в виде интервальных чисел с учетом погрешности измерения:

,

где X_j - интервальное значение j-го диагностического показателя, x_j - измеренное значение j-го диагностического показателя, x_j - погрешность измерения j-го диагностического показателя, n - количество диагностических показателей.

После того, как получены интервальные значения диагностических показателей, по прогностической таблице определяются соответствующие им интервальные диагностические коэффициенты. Для этого берутся диапазоны, в которые попадают нижняя и верхняя границы интервального значения диагностического показателя, и диапазоны, лежащие между ними. В качестве нижней границы интервального коэффициента берется наименьший из коэффициентов, соответствующих этим диапазонам, в качестве верхней - наибольший.

Полученные интервальные коэффициенты суммируются, и определяется сумма прогностических коэффициентов, характеризующих природно-генетические свойства торфа, в виде интервального числа. В случае если этот интервал полностью лежит в опасной зоне, то есть его нижняя граница больше или равна порогу A, то принимается решение об отнесении торфа к опасной категории. Если же интервал полностью лежит в малоопасной зоне, то есть его верхняя граница меньше или равна порогу B, то принимается решение об отнесении торфа к малоопасной категории. Если интервал полностью лежит в зоне неопределенности, то есть его нижняя граница больше порога B, а верхняя граница меньше порога A, то имеет место полная неопределенность, как и случае классического метода. Если же интервал попадает более, чем в одну зону, то можно рассчитать вероятность того, что торф относится к той или иной категории, по формулам:

, (1)

, (2)

где P(A) - вероятность того, что торф относится к опасной категории, P(B) - вероятность того, что торф относится к малоопасной категории, A - порог, при достижении которого выносится решение об отнесении торфа к опасной категории, B - порог, при достижении которого выносится решение об отнесении торфа к малоопасной категории.

Полученное значение дает дополнительную информацию пользователям для принятия решения об отнесении торфа к той или иной категории склонности к саморазогреванию и самовозгоранию. В этом преимущество интервального анализа перед традиционным.

Данный усовершенствованный метод был проверен на практике. Объектами исследования служили 30 торфяных полей. При использовании интервального анализа решение об отнесении торфа к одной из категорий принималось в случае, если вероятность, рассчитанная по формулам (1-2), составляла 0,5 и больше.

Проверка на практике показала, что использование усовершенствованного метода приводит к уменьшению количества отказов от распознавания категории опасности самовозгорания фрезерного торфа - их число сократилось вдвое, с 20% до 10%. Даже в тех случаях, когда усовершенствованный метод приводил к отказу от распознавания, иногда удавалось получить отличное от нуля значение вероятности отнесения торфа к той или иной категории. Это давало дополнительную информацию лицам, принимающим решение.

За счет сокращения числа отказов от распознавания при использовании усовершенствованного метода возросло число правильных прогнозов с 70% до 80%. Количество ошибочных прогнозов при использовании как классического, так и усовершенствованного метода составило 10%, что не превысило запланированного рубежа в 20%.

Сравнительные результаты прогнозирования классическим и интервальным методами приведены в табл.1 и на рис. 1.

Таким образом, проверка показала, что использование усовершенствованного метода прогнозирования самовозгорания более эффективно по сравнению с классическим.

Табл. 1. Сравнение результатов прогнозирования классическим и усовершенствованным методом

В третьей главе рассматриваются основные положения построения автоматизированной системы управления пожарной безопасностью хранения фрезерного торфа.

Рис. 1. Сравнение результатов прогнозирования классическим и усовершенствованным методом