|
RUS | UKR | ENG ||
ДонНТУ >
Портал магистров ДонНТУ
|
||||||||||||||
|
Казакова Юлия Сеергеевна Факультет: Kомпьютерных наук и технологий Кафедра: Автоматизированные систем управления Специальность: Информационные системы управления и технологии Тема выпускной работы: Разработка системы поддержки принятия решений при ликвидации пожаров в жилых и административных зданиях Научный руководитель: Мартыненко Татьяна Владимировна |
|||||||||||||
|
Материалы по теме выпускной работы: Об авторе | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | | Индивидуальное задание |
||||||||||||||
ВВЕДЕНИЕВ соответствии с Законом Украины от 17.12.1997 № 3745-ХІІ «О пожарной безопасности» пожарная охрана создается с целью защиты жизни и здоровья граждан, частной, коллективной и государственной собственности от пожаров.Основные цели управления пожарными подразделениями – локализация и ликвидация пожара при условии сохранения жизни людей и обеспечения минимальных экономических затрат. При тушении пожаров в городских условиях пожарные сталкиваются с многочисленными трудностями, препятствующими ликвидации горения. К числу таких трудностей можно отнести: увеличение числа высотных зданий и зданий повышенной этажности, увеличение площадей промышленных и гражданских объектов, широкое применение полимерных горючих материалов, увеличение транспортного потока на улицах городов, ведущего к увеличению времени следования пожарных подразделений. Все эти обстоятельства способствует росту количества и масштабов пожаров. Следовательно, необходимо повышать эффективность управления пожарными подразделениями, что позволит сократить время локализации и ликвидации пожаров, существенно снизить экономические затраты и уровень материального ущерба, избежать возможных жертв. При получении сообщения о пожаре одним из наиболее важных аспектов является формирование путевого листа, в котором указывается количество сил и средств, зависящее от ранга пожара, и маршрут следования пожарной техники. АКТУАЛЬНОСТЬОдним из направлений совершенствования оперативного управления пожарными подразделениями является повышение качества системы обработки информации и информационно-аналитической работы, как необходимых предпосылок выработки и принятия научно-обоснованных и эффективных управленческих решений.Применение новых информационных и коммуникационных технологий, реализуемых на электронных вычислительных машинах и компьютерных средствах связи, позволяет значительно повысить качество оперативного управления пожарными подразделениями. Повышение количества и сложности зданий и увеличение транспортного потока обуславливают необходимость перехода от сложившихся традиционных методов управления к комплексному применению автоматизированных систем управления. Указанные автоматизированные системы строятся на основе знаний высококвалифицированных специалистов и должны обеспечивать подготовку решений. В связи с этим, требуется разработка системы поддержки принятия решений (СППР) для управления пожарными подразделениями. Автоматизация процесса управления силами и средствами, оснащение пожарных подразделений вычислительной техникой дают возможность снизить субъективный фактор при принятии решений. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИЦелью работы является повышение эффективности управленческих решений при ликвидации пожаров в жилых и административных зданиях.Основные задачи: - выполнить структурно-алгоритмический анализ систем управления пожарными подразделениями; - определение ранга пожара в жилых и административных зданиях; - оптимизация выбора маршрута следования пожарной техники. Объект исследования – системы поддержки принятия управленческих решений при оперативном управлении пожарными подразделениями. Предмет исследования – методы, средства, модели и алгоритмы, позволяющие реализовать управление пожарными подразделениями. Методы исследования – системный анализ, теория управления и принятия решений, методы экспертной классификации, теория нечётких множеств, теория графов, эволюционные вычисления. ПРЕДПОЛАГАЕМАЯ НАУЧНАЯ НОВИЗНА
ПЛАНИРУЕМЫЕ ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫПланируемая практическая значимость работы заключается в разработке компьютеризированной системы поддержки принятия решений для оперативного управления пожарными подразделениями при ликвидации пожаров в жилых и административных зданиях.Применение разработанной информационной системы поддержки принятия решений позволит повысить оперативность и качество управления пожарными подразделениями, сократить влияние субъективного фактора при выработке управленческих решений, повысить эффективность управления боевыми действиями. Данная система предоставляет руководителю оперативных подразделений и диспетчеру центра управления возможность в любой момент времени определить необходимый состав сил и средств для тушения пожара и выбрать наиболее оптимальный маршрут следования техники и личного состава к месту пожара. ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК ПО ТЕМЕВ настоящее время разработан ряд автоматизированных систем, применяемых для управления пожарными подразделениями. Эти системы направлены на автоматизацию оперативной работы диспетчерского персонала и на предоставление информационной поддержки принятия решений при ликвидации пожаров.АРМ «Гарнизон» – автоматизация оперативной работы диспетчерского персонала центра управления, информационно-справочная поддержка дежурной службы пожаротушения и других подразделений пожарной службы с использованием единой базы данных на файл-сервере. В АРМ «Гарнизон» предусмотрено получение справочной информации, обеспечивается автоматизация процесса регистрации всех работ, проводимых на пожаре, возможность составления строевой записки по гарнизону и области, краю, региону, предоставляется возможность получения оперативной информации о состоянии пожарной техники. АСИППР – автоматизированная система информационной поддержки принятия решений при тушении пожаров. АСИППР предназначена для оперативного информационно-справочного и информационно-аналитического обеспечения при управлении боевыми действиями на пожаре. Система охватывает все направления работы руководителя тушения пожара и служб пожаротушения, при этом система обеспечивает максимальную полноту информационной поддержки во всех направлениях деятельности руководителя тушения пожара и служб пожаротушения. АСИППР автоматизирует подготовку для руководителя тушения пожара одного или нескольких ситуативных решений по запросу, характеризующему оперативную обстановку при пожаре. Также АИСППР позволяет получить справочную информацию, рассчитывать основные параметры развития пожара, проводить необходимые расчеты и оценку при планировании боевых действий. Программное средство «Пожаротушение» является организационно-методическим обеспечением для служб пожаротушения. Создано в целях автоматизации задач организации, планирования и контроля гарнизонной службы и пожаротушения, расчета сил и средств при разработке планов пожаротушения на объектах, существенного улучшения качества информационно-справочного обеспечения, а также подготовки и ведения служебных документов. Обеспечивается моделирование развития, локализации и тушения пожаров, планирование и контроль мероприятий организации службы и пожаротушения, обобщение, систематизация и анализ показателей оперативно-тактической деятельности подразделений пожарной службы. Программа «Диспетчер» работает в локальной сети службы пожаротушения Карагандинской области. Предназначена для автоматизации рабочего места диспетчера противопожарной службы и способствования своевременному, быстрому и точному выполнению им своих обязанностей. Программа обеспечивает полной информацией о силах и средствах гарнизона в любой момент времени, информацией об объектах, помогает быстро и точно осуществить любой выезд по поступлению извещения, обеспечивает удобство сопровождения выезда, позволяет регистрировать любые входящие и исходящие сообщения. Рассмотренные системы предоставляют возможности решения многих задач в области управления пожарными подразделениями. Часть систем, предназначенных для пожарной охраны, используется для автоматизации работы диспетчеров, что позволяет сократить время регистрации вызовов, формировать приказы на выезд техники, вести отчетную документацию, а также предоставляет быстрый доступ к справочным материалам. Также существуют системы, которые предназначены для информационной поддержки принятия решений при тушении пожаров. Они позволяют производить расчет необходимых сил и средств, моделировать процессы развития и тушения пожаров. Но все рассмотренные системы не позволяют проводить расчет ранга пожара. Эта задача является необходимой, так как силы и средства на пожар высылаются строго по расписанию выездов типовой техники по номерам вызовов (рангам). МЕТОДЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ДЛЯ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ ПРИ УПРАВЛЕНИИ ПОЖАРНЫМИ ПОДРАЗДЕЛЕНИЯМИДля построения систем поддержки принятия решений при ликвидации пожаров в жилых и административных зданиях могут применяться различные методы: методы экспертных оценок, теория игр, методы имитационного моделирования, теория массового обслуживания, нейронные сети, теория нечетких множеств, эволюционные вычисления и другие.Для определения ранга пожара могут использоваться методы экспертных оценок, теория игр, статистический анализ, нейронные сети, теория нечетких множеств. На основании проведенного анализа математических методов можно сделать вывод, что для задачи определения ранга пожара наиболее целесообразно использовать аппарат теории нечетких множеств. Нечеткое множество – это математическая модель класса с нечеткими, или, иначе говоря, размытыми границами. В этом понятии учитывается возможность постепенного перехода от принадлежности к непринадлежности элемента множеству. Рассматриваемые элементы характеризуются различной степенью принадлежности μ множеству – между полной принадлежностью «1» и полной непринадлежностью «0». Целью введения нечеткого множества чаще всего является формализация нечетких понятий и отношений естественного языка. Применение математического аппарата теории нечетких множеств при определении ранга пожара обеспечивает хорошую точность решения задачи, так как учитывается расплывчатость границ между смежными рангами пожара (одно и то же значение параметра может соответствовать смежным рангам пожара с различной степенью принадлежности). Особенностью задачи поиска оптимального пути пожарного расчета заключается в том, что наилучшее решение ищется по критерию минимума времени. При выборе метода решения данной задачи критерием является точность решения и скорость выполнения алгоритма, так как определение маршрута выполняется в критической обстановки и от правильности решения зависит количество жертв и размер ущерба от пожара. Для определения оптимального пути следования используются методы полного перебора, метод ветвей и границ, алгоритм Дейкстры, алгоритм Флойда-Уоршалла, эволюционные методы. Задача определения оптимального пути принадлежит большому множеству задач, называемых «NP-полными» (недетерминистски полиномиальными). Для NP-полных задач не известно лучшего метода решения, чем полный перебор всех возможных вариантов. Но такой полный поиск практически неосуществим для большого числа данных. На практике используются эвристические методы, заменяющие исчерпывающий поиск приближенным, что позволяет получить быстрое решение при умеренном проигрыше результата. На основе анализа рассмотренных методов определения оптимального пути можно сделать вывод, что для задачи определения маршрута пожарной техники и личного состава целесообразно применять эволюционные методы. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ЛИКВИДАЦИИ ПОЖАРОВ В ЖИЛЫХ И АДМИНИСТРАТИВНЫХ ЗДАНИЯХВажным этапом при реагировании на сообщение о пожаре является правильное определение ранга пожара, что позволяет установить необходимые силы и средства для ликвидации горения.Ранг пожара – условный признак сложности пожара, определяющий в расписании выезда необходимый состав сил и средств гарнизона, привлекаемых к тушению пожара. Количество рангов пожаров и техника, высылаемая по каждому рангу, устанавливаются начальником гарнизона службы в расписании выездов типовой техники в соответствии с имеющимися средствами и характеристиками объектов, расположенных на территории гарнизона. При сообщении о пожаре диспетчер регистрирует вызов в Журнале пункта связи. Сообщение о пожаре с краткой информацией об объекте пожара предается в соответствующую часть. Диспетчер определяет ранг пожара и соответствующий ему состав и количество необходимых сил и средств, формирует путевку на выезд техники. Силы и средства на пожар высылаются строго по расписанию выездов типовой техники по номерам вызовов (рангам). Путевка на выезд техники и дополнительные сведения о пожаре передаются начальнику караула. Совершается выезд на место пожара, при этом постоянно поддерживается радиосвязь с диспетчерским центром. Прибыв на объект, руководитель тушения пожара подтверждает или опровергает установленный ранг пожара, при необходимости привлекаются дополнительные силы и средства. При определении ранга пожара учитывается множество факторов, характеризующих обстановку на горящем объекте, т. е. ранг пожара зависит от множества параметров Q:
где Qi – параметр, влияющий на определение ранга пожара; m – количество параметров, влияющих на определение ранга пожара. Тогда количество и состав применяемых при тушении пожара сил и средств является функцией от ранга вида:
где S – вектор со следующей структурой:
в котором Sti – определенный вид пожарной техники, средств тушения; Ki – количество пожарной техники; n – число видов технических средств. Для определения ранга пожара в жилых и административных зданиях предлагается использовать аппарат теории нечетких множеств. Данный подход обеспечивает хорошую точность решения задачи, так как учитывается расплывчатость границ между смежными рангами пожара (одно и то же значение параметра может соответствовать смежным рангам пожара с различной степенью принадлежности). При реагировании на сообщение о пожаре необходимо определение оптимального маршрута следования к месту пожара, который обеспечит минимальное время прибытия, так как при ликвидации пожаров именно время является решающим фактором, влияющим на масштабы последствий. Маршрут следования пожарного расчета – это последовательность улиц и проулков между определенной пожарной частью и объектом пожара. Тогда предлагается представить маршрут в виде набора перекрестков, которые должен проехать пожарный расчет, т. е. в виде вектора X=(p0, p1, p2, …, pn), где p0 – начальный перекресток (расположение пожарного расчета); pn – конечный перекресток (расположение объекта пожара); pi – перекресток дороги, (i ∈ 1, n); n – количество перекрестков на пути. Обоснование выбора маршрута выезда пожарного автомобиля осуществляется исходя из критерия минимизации времени прибытия личного состава и пожарно-технического вооружения на место пожара. При этом на время проезда влияет ряд факторов: длина пути, количество перекрестков, загруженность дорог. Следовательно, необходимо найти маршрут , время движения по которому будет минимальным. Модель представления транспортных магистралей города предлагается построить на базе применения методов теории графов. Информация о транспортных магистралях города представляется следующим образом: перекрестки улиц – вершины графа, а сами улицы и проулки – его ребра. Для определения оптимального маршрута пожарной техники и личного состава предлагается использовать эволюционные вычисления, они дают хорошую точность и время выполнения. Для применения эволюционного алгоритма к данной задаче необходимо определить: - структуру хромосомы; - процедуру генерации выборочной совокупности; - оператор селекции; - оператор кроссовера; - оператор мутации; - стратегию отбора. Хромосома (особь) – это маршрут следования пожарного расчета от пожарной части к месту пожара. Для пары выбранных хромосом с вероятностью Vc (для данной задачи Vc выбирается в пределах [0,5..0,8]) осуществляется кроссовер (создание потомков). На рисунке 1 изображено графическое представление оператора кроссовера.
Для полученного потомка с вероятностью Vm (для данной задачи Vm выбирается в пределах [0,001..0,01]) необходимо выполнить оператор мутации, что позволяет избежать попадания в локальный оптимум. Расширяется популяция за счет добавления новых, только что сформированных особей. Для сокращения популяции до исходного размера предлагается использовать элитный отбор. При этом элитные особи составляют 10% от выборочной совокупности. Процесс заканчивается при выполнении одного из условий:
Экспертом в системе являются специалисты, высококвалифицированные, опытные руководители тушением пожаров. Пользователем является лицо, принимающее решение о направлении техники при ликвидации пожара, диспетчер. Блок генерации решений – модуль пояснений, каким образом система получила решение, выдает рекомендации о необходимом составе и количестве сил и средств и маршрут следования. Блок построения моделей. Программа, реализующая последовательность действий для решения задачи на основе информации из базы данных и базы знаний. Для построения программы определения ранга пожара предлагается использовать математический аппарат теории нечетких множеств, для определения оптимального маршрута следования пожарной техники – эволюционные вычисления. Подсистема хранения информации (информационное обеспечение) состоит из: базы знаний (предназначена для хранения долгосрочных сведений, которые используются при построении математических моделей) и базы данных (в ней хранится оперативная информация, исходные и промежуточные значения). ЗАКЛЮЧЕНИЕПрименение автоматизированных систем для управления подразделениями пожарной охраны, силами и техническими средствами позволит сократить влияние субъективного фактора при выработке управленческих решений, повысит эффективность управления боевыми действиями, поможет разработать научно обоснованные решения и повысить качество управления силами и средствами на пожаре. Быстрое принятие правильных решений позволит значительно сократить экономические затраты на ликвидацию пожара, материальный ущерб от пожара и снизить количество жертв.В магистерской работе рассмотрена актуальная задача управления пожарными подразделениями при ликвидации пожаров. Для получения представления о современном состоянии проблемы выполнен научный поиск, проанализированы существующие программные средства для управления пожарными подразделениями, рассмотрены различные методы для определения ранга пожара в жилых и административных зданиях, а также методы определения оптимального маршрута следования. На основе анализа математических методов, сделан вывод, что для задачи определения ранга пожара наиболее целесообразно использовать аппарат нечетких множеств. Для определения оптимального маршрута следования пожарной техники и личного состава предлагается использовать эволюционные вычисления. ЛИТЕРАТУРА
При написании данного автореферата магистерская работа еще не завершена. Дата окончательного завершения работы: декабрь 2010 г. Полный текст работы и материалы по теме могут быть получены у автора или его научного руководителя после указанной даты. © ДонНТУ 2010, Казакова Ю. С. |
||||||||||||||
|
ДонНТУ > Портал магистров ДонНТУ > Об авторе | Библиотека | Ссылки | Отчет о поиске | Индивидуальное задание |
||||||||||||||
