Основной задачей, для решения которой предназначена разрабатываемая автоматизированная система, является автоматизированная выработка мероприятий по борьбе с саморазогреванием и самовозгоранием фрезерного торфа в штабелях. Для успешного решения этой задачи необходим постоянный контроль различных показателей, характеризующих степень пожарной опасности. Система должна включать модуль, обеспечивающий на основе вводимой информации о значении этих показателей автоматизированное формирование управляющих воздействий, направленных на предотвращение самовозгорания.
Помимо прочих характеристик, важным показателем, который должен учитываться при составлении списка мероприятий по борьбе с самовозгоранием, является прогноз опасности самовозгорания торфа на различных торфяных полях.
Прогнозирование возгорания фрезерного торфа производится на основе данных о природно-генетических свойствах торфа, метеорологических факторах и ходе повышения температуры торфа в штабелях. В связи с тем, что перед началом сезона добычи торфа известны только первые, прогнозирование должно проводиться в два этапа. Первый, основанный только на природно-генетических свойствах торфа, проводится в начале сезона добычи, а второй, использующий все показатели - в конце. Результаты первого этапа учитываются при формировании управляющих воздействий в ходе сезона, а второго - после окончания сезона добычи.
С учетом перечисленных требований система управления пожарной безопасностью хранения фрезерного торфа была описана с помощью аппарата отображения множеств.
Управляющая система S (рис. 2) представляет собой совокупность операторов, реализующих систему управления пожарной безопасностью торфяного производства в процессе хранения фрезерного торфа.
Оператор R0 предназначен для получения прогноза опасности самовозгорания фрезерного торфа перед началом сезона добычи исходя из данных о природно-генетических свойствах торфа и реализует отображение:
R0: Xпг Рпг,
где Xпг - множество исходных для прогнозирования данных, характеризующих природно-генетические свойства торфа на различных полях торфяного предприятия; Pпг - множество значений категории опасности самовозгорания фрезерного торфа для различных полей торфяного предприятия, определенных по природно-генетическим свойствам торфа.
Оператор R1 определяет прогностические коэффициенты, соответствующие значениям метеорологических факторов:
R1: Mp ПКмт,
где Mp - множество исходных для прогнозирования данных, характеризующих метеорологические факторы, ПКмт - множество прогностических коэффициентов, соответствующих значениями метеорологических факторов. Оператор R2 предназначен для получения прогноза опасности самовозгорания фрезерного торфа в конце сезона добычи и реализует отображение:
R2: PпгXtПКмт P,
где Xt - множество данных о температуре торфа в штабелях на момент прогнозирования, P - множество значений категории опасности самовозгорания фрезерного торфа для различных полей торфяного предприятия.
Оператор R3 предназначен для выработки управляющих воздействий, направленных на предотвращение самовозгорания фрезерного торфа. Он реализует две функции, первая из которых R31 служит для формирования управляющих воздействий на протяжении сезона добычи торфа:
R31: PпгXсMс Lс,
где Xс - множество значений показателей, характеризующих состояние различных штабелей торфа на протяжении сезона добычи; Mс - множество значений показателей, характеризующих состояние окружающей среды на протяжении сезона добычи; Lс - множество управляющих воздействий, направленных на предотвращение появления очагов самовозгорания фрезерного торфа в штабелях и выполняющихся в ходе сезона добычи торфа.
Рис. 2. Схема управления пожарной безопасностью торфяного производства
Вторая функция R32 предназначена для формирования управляющих воздействий по окончании сезона добычи:
R32: PXсMсXпсMпс Lпс,
где Xпс - множество значений показателей, характеризующих состояние различных штабелей торфа после окончания сезона добычи; Mпс - множество значений показателей, характеризующих состояние окружающей среды после окончания сезона добычи; Lпс - множество управляющих воздействий, направленных на предотвращение появления очагов самовозгорания фрезерного торфа в штабелях и выполняющихся по окончании сезона добычи торфа.
Разработана структура автоматизированной системы управления пожарной безопасностью хранения фрезерного торфа. В ее составе выделены следующие основные модули:
- модуль ввода сведений, характеризующих природно-генетические свойства торфа на различных торфяных полях, для прогнозирования перед началом сезона;
- модуль ввода данных, необходимых для прогнозирования в конце сезона;
- модуль прогнозирования опасности самовозгорания фрезерного торфа в штабелях на различных полях торфяного предприятия;
- модуль отображения результатов прогноза на электронной карте местности;
- модуль настройки картографического представления информации;
- модуль заполнения базы знаний правилами продукции;
- модуль ввода значений характеристик, необходимых для формирования управляющих воздействий;
- модуль формирования управляющих воздействий, направленных на предупреждение самовозгорания фрезерного торфа в штабелях;
- модуль контроля за исполнением выработанных управляющих воздействий;
- модуль задания путей к базе данных, базе знаний и электронной карте местности.
Схема взаимосвязи перечисленных модулей представлена на рис. 3.
Сформирована методика автоматизированного формирования комплекса мероприятий, направленных на борьбу с самовозгоранием. Рассмотрены ее основные этапы.
Ввод данных, характеризующих природно-генетические свойства торфа. Здесь пользователь должен ввести данные, на основании которых будет производиться прогнозирование опасности самовозгорания в начале сезона добычи торфа. В целях повышения гибкости системы пользователю предусмотрена возможность изменить перечень диагностических показателей и прогностическую таблицу.
Прогнозирование опасности самовозгорания торфа на различных полях перед началом сезона. На этом этапе с помощью прогностической таблицы определяются прогностические коэффициенты, соответствующие имеющимся значениям диагностических показателей. Затем они суммируются, и результат сравнивается с порогами, соответствующими опасной и малоопасной категориям торфа. В случае наличия неопределенности рассчитывается вероятность отнесения торфа к той или иной категории. Прогноз рассчитывается отдельно для каждого торфяного поля. Результат выдается пользователю в табличном виде.
Ввод данных о суммарной эффективной испаряемости и температуре торфа в штабелях. На этом этапе пользователь вводит данные о значениях упомянутых двух величин. Так же, как и в случае с данными о природно-генетических свойствах торфа, предусмотрена возможность добавления новых характеристик и соответствующего расширения прогностической таблицы.
Прогнозирование опасности самовозгорания торфа на различных полях в конце сезона. На этом этапе с помощью прогностической таблицы определяются прогностические коэффициенты, соответствующие суммарной эффективной испаряемости и температуре торфа в штабелях. Затем они складываются с суммой природно-генетических коэффициентов, и результат сравнивается с порогами, соответствующими опасной и малоопасной категориям торфа. В случае наличия неопределенности рассчитывается вероятность отнесения торфа к той или иной категории. Прогноз рассчитывается отдельно для каждого торфяного поля. Результат выдается пользователю в табличном виде.
Рис. 3. Структура автоматизированной системы управления пожарной безопасностью производства фрезерного торфа
Настройка картографического представления информации. Пользователь задает настройки, определяющие представление результатов прогноза на электронной карте местности в удобном для него виде, а именно указывает диапазоны значений показателя опасности самовозгорания, обозначаемые различными цветами, и цвета, которыми будут обозначаться эти диапазоны. Этот этап выполняется независимо от остальных.
Отображение результатов прогноза на электронной карте местности. Результаты прогноза представляются в картографическом виде. Торфяные поля на карте торфопредприятия окрашиваются в различные цвета, соответствующие прогнозу количества штабелей с очагами самовозгорания для этого поля.
Заполнение базы знаний правилами продукции. На основании информации, полученной от экспертов, формируются правила продукции, с помощью которых автоматизированная система будет формировать мероприятия по борьбе с самовозгоранием.
Разработаны типовые шаблоны таких правил. Условия правил содержат показатель, который будет подвергаться проверке, значение, с которым будет производиться сравнение, либо же другой показатель того же типа и операцию сравнения. Следствие содержит указание, какое действие должно осуществляться в результате выполнения правила - присвоение значения какому-либо показателю, назначение определенного мероприятия или прекращение выполнения мероприятия. Для правил, ведущих к присвоению значения, в следствии также указываются показатель, которому будет присвоено значение, и значение, которое будет присвоено, либо другой показатель того же типа. Для правил, ведущих к назначению или прекращению мероприятия, указываются мероприятие, срок, в который оно должно быть проведено или прекращено, для регулярных мероприятий - также интервал времени, через который оно должно повторяться, и дату окончания. В правилах продукции могут указываться как абсолютные даты, так и относительные, то есть интервалы времени, по прошествии которых с даты срабатывания правила должно быть осуществлено управляющее воздействие.
Некоторые правила содержат признак, указывающий на необходимость блокирования после первого срабатывания.
Пример правила продукции: ЕСЛИ «высота штабеля» >= 2 м И «категория опасности самовозгорания» = «опасная» ТО НАЗНАЧИТЬ МЕРОПРИЯТИЕ «температурный контроль» НА СРОК «текущая дата» + 1 С ПЕРИОДОМ 15 суток ОКОНЧАНИЕ 01.11.
Данный этап независим от перечисленных выше, и для функционирования системы достаточно выполнить его один раз. Тем не менее, целесообразно пополнять или изменять набор правил продукции после каждого пожароопасного сезона в целях занесения в базу вновь полученных знаний.
Оперативный ввод данных, необходимых для формирования управляющих воздействий. В базу данных вводятся значения показателей, от которых зависит необходимость осуществления тех или иных мероприятий. Одни значения могут вводиться нерегулярно или даже разово, например, категория пожарной опасности торфа в штабеле, определенная тем или иным способом, или срок вывоза штабеля потребителю, другие вводятся с определенным интервалом, различным для различных характеристик. Для одних характеристик значения задаются для предприятия в целом, для других - отдельно для каждого торфяного поля или даже штабеля.
Формирование управляющих воздействий, направленных на предупреждение самовозгорания торфа. На этом этапе автоматизированная система формирует перечень мероприятий, направленных на предупреждение самовозгорания фрезерного торфа. Формирование такого перечня осуществляется путем применения продукционных правил, связывающих достижение диагностическими переменными определенных значений с необходимыми управляющими воздействиями. Данный этап должен повторяться ежедневно в целях учета меняющейся обстановки. При его выполнении система считывает значения диагностических переменных из базы данных, и проверяет условия правил продукции. Если все условия какого-либо правила выполняются, то оно активизируется и содержащееся в его заключении управляющее воздействие добавляется в перечень.
Для любой характеристики проверяется наиболее позднее ее значение. Для некоторых показателей во избежание ненужных повторных выполнений правил проверяется только значение, введенное после последнего срабатывания правила.
В заключениях правил должно содержаться не только указание, какое мероприятие должно быть проведено, но и в какие сроки оно должно быть осуществлено.
В качестве посылок для правил продукции выступают условия на значения различных характеристик, как числовых, так и нечисловых. В качестве последних может выступать, например, признак наложения изоляции на штабель или признак, указывающий, возникал ли в этом штабеле очаг самовозгорания.