|
RUS | UKR | ENG ||
ДонНТУ >
Портал магістрів ДонНТУ
|
||||||||||||||
|
Казакова Юлія Сергіївна Факультет: Kомпь'ютерных наук і технологій Кафедра: Автоматизировані системи управління Спеціальність: Інформаційні управляючі системи та технології Тема випускної роботи: Розробка комп'ютеризованої системи підтримки прийняття рішень при ліквiдації пожеж у жилтових та адміністративних спорудах Керівник: Мартиненко Тетяна Володимирівна |
|||||||||||||
|
Матеріали до теми випускної роботи: Про автора |
||||||||||||||
ВСТУПВідповідно до Закону України від 17.12.1997 № 3745-ХІІ «Про пожежну безпеку» пожежна охорона створюється з метою захисту життя і здоров'я громадян, приватної, колективної та державної власності від пожеж.Основні цілі управління пожежними підрозділами – локалізація і ліквідація пожежі за умови збереження життя людей і забезпечення мінімальних економічних витрат. При гасінні пожеж у міських умовах пожежні підрозділи стикаються з численними труднощами, що перешкоджають ліквідації горіння. До числа таких труднощів можна віднести: збільшення кількості висотних будинків і будинків підвищеної поверховості, збільшення площ промислових і цивільних об'єктів, широке застосування полімерних горючих матеріалів, збільшення транспортного потоку на вулицях міст, що веде до збільшення часу слідування пожежних підрозділів. Всі ці обставини сприяють зростанню кількості та масштабів пожеж. Отже, необхідно підвищувати ефективність управління пожежними підрозділами, що дозволить скоротити час локалізації та ліквідації пожеж, істотно знизити економічні витрати і рівень матеріального збитку, уникнути можливих жертв. При отриманні повідомлення про пожежу одним з найбільш важливих аспектів є формування подорожнього листа, в якому вказується кількість сил і засобів для гасіння залежно від рангу пожежі і маршрут проходження пожежної техніки. АКТУАЛЬНІСТЬОдним з напрямів вдосконалення оперативного управління пожежними підрозділами є підвищення якості системи обробки інформації та інформаційно-аналітичної роботи, як необхідних складових вироблення і прийняття науково-обґрунтованих і ефективних управлінських рішень.Застосування нових інформаційних і комунікаційних технологій, які реалізуються на електронних обчислювальних машинах і комп'ютерних засобах зв'язку, дозволяє значно підвищити якість оперативного управління пожежними підрозділами. Підвищення кількості і складності будівель, а також збільшення транспортного потоку обумовлюють необхідність переходу від сформованих традиційних методів управління до комплексного застосування автоматизованих систем управління. Зазначені автоматизовані системи будуються на основі знань висококваліфікованих фахівців і повинні забезпечувати підготовку рішень. У зв'язку з цим, потрібна розробка системи підтримки прийняття рішень (СППР) для управління пожежними підрозділами. Автоматизація процесу управління силами і засобами, оснащення пожежних підрозділів обчислювальною технікою дають можливість знизити суб'єктивний фактор при прийнятті рішень. МЕТА ТА ЗАДАЧІМетою роботи є підвищення ефективності управлінських рішень при ліквідації пожеж у житлових та адміністративних будівлях.Основні задачі: - Виконати структурно-алгоритмічний аналіз систем управління пожежними підрозділами; - Визначення рангу пожежі в житлових і адміністративних будівлях; - Оптимізація вибору маршруту слідування пожежної техніки. Об'єкт дослідження – системи підтримки прийняття управлінських рішень при оперативному управлінні пожежними підрозділами. Предмет дослідження – методи, засоби, моделі та алгоритми, що дозволяють реалізувати управління пожежними підрозділами. Методи дослідження – системний аналіз, теорія управління та прийняття рішень, методи експертної класифікації, теорія нечітких множин, теорія графів, еволюційні обчислення. ПЛАНОВАНА НАУКОВА НОВИЗНА
ЗАПЛАНОВАНІ ПРАКТИЧНІ РЕЗУЛЬТАТИПлановані практична значимість роботи полягає в розробці комп'ютеризованої системи підтримки прийняття рішень для оперативного управління пожежними підрозділами при ліквідації пожеж у житлових та адміністративних будівлях.Застосування розробленої інформаційної системи підтримки прийняття рішень дозволить підвищити оперативність і якість управління пожежними підрозділами, скоротити вплив суб'єктивного фактору при виробленні управлінських рішень, підвищити ефективність управління бойовими діями. Дана система надає керівнику оперативних підрозділів та диспетчеру центру управління можливість у будь-яку мить визначити необхідний склад сил і засобів для гасіння пожежі і обрати найбільш оптимальний маршрут слідування техніки та особового складу до місця пожежі. ОГЛЯД ДОСЛІДЖЕНЬ І РОЗРОБОК ЗА ТЕМОЮНа даний час розроблено ряд автоматизованих систем, що застосовуються для управління пожежними підрозділами. Ці системи спрямовані на автоматизацію оперативної роботи диспетчерського складу та на надання інформаційної підтримки прийняття рішень при ліквідації пожеж.АРМ «Гарнізон» – автоматизація оперативної роботи диспетчерського складу центру управління, інформаційно-довідкова підтримка чергової служби пожежогасіння та інших підрозділів пожежної служби з використанням єдиної бази даних на файл-сервері. У АРМ «Гарнізон» передбачено отримання довідкової інформації, забезпечується автоматизація процесу реєстрації всіх робіт, що проводяться на пожежі, можливість складання стройової записки по гарнізону і області, краю, регіону, надається можливість отримання оперативної інформації про стан пожежної техніки. АСІППР – автоматизована система інформаційної підтримки прийняття рішень при гасінні пожеж. АСІППР призначена для оперативного інформаційно-довідкового та інформаційно-аналітичного забезпечення при управлінні бойовими діями на пожежі. Система охоплює всі напрямки роботи керівника гасіння пожежі і служб пожежогасіння, також система забезпечує максимальну інформаційну підтримку в усіх напрямках діяльності керівника гасіння пожежі і служб пожежогасіння. АСІППР автоматизує підготовку для керівника гасіння пожежі одного або декількох рішень за запитом, що характеризує оперативну ситуацію під час пожежі. Також АІСППР дозволяє отримати довідкову інформацію, розраховувати основні параметри розвитку пожежі, проводити необхідні розрахунки та оцінку при плануванні бойових дій на пожежі. Програмний засіб «Пожежогасіння» є організаційно-методичним забезпеченням для служб пожежогасіння. Створений в цілях автоматизації завдань організації, планування та контролю гарнізонної служби та пожежогасіння, розрахунку сил та засобів при розробці планів пожежогасіння на об'єктах, поліпшення якості інформаційно-довідкового забезпечення, а також підготовки та ведення службових документів. Забезпечує моделювання розвитку, локалізації та гасіння пожеж, планування і контроль заходів організації служби та пожежогасіння, узагальнення, систематизація та аналіз показників оперативно-тактичної діяльності підрозділів пожежної служби. Програма «Диспетчер» працює в локальній мережі служби пожежогасіння Карагандинської області. Призначена для автоматизації робочого місця диспетчера протипожежної служби. Програма забезпечує повною інформацією про сили і засоби гарнізону в будь-яку мить, інформацією про об'єкти, допомагає швидко і точно здійснити будь-який виїзд при надходженні повідомлення, забезпечує зручність супроводу виїзду, дозволяє реєструвати будь-які вхідні і вихідні повідомлення. Розглянуті системи надають можливості вирішення багатьох завдань у галузі управління пожежними підрозділами. Частина систем, призначених для пожежної охорони, використовується для автоматизації роботи диспетчерів, що дозволяє скоротити час реєстрації викликів, формувати накази на виїзд техніки, вести звітну документацію, а також надає швидкий доступ до довідкових матеріалів. Також існують системи, які призначені для інформаційної підтримки прийняття рішень при гасінні пожеж. Вони дозволяють проводити розрахунок необхідних сил і засобів, моделювати процеси розвитку та гасіння пожеж. Але всі розглянуті системи не дозволяють проводити розрахунок рангу пожежі. Це завдання є необхідним, тому що сили і засоби на пожежу висилаються чітко за розкладом виїздів типової техніки за номерами викликів (рангами). МЕТОДИ, ЩО ЗАСТОСОВУЮТЬСЯ ДЛЯ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕННЯ ПРИ УПРАВЛІННІ ПОЖЕЖНИМИ ПІДРОЗДІЛАМИДля побудови систем підтримки прийняття рішень при ліквідації пожеж у житлових та адміністративних будівлях можуть застосовуватися різні методи: методи експертних оцінок, теорія ігор, методи імітаційного моделювання, теорія масового обслуговування, нейронні мережі, теорія нечітких множин, еволюційні обчислення та інші.Для визначення рангу пожежі можуть використовуватися методи експертних оцінок, теорія ігор, статистичний аналіз, нейронні мережі, теорія нечітких множин. На підставі проведеного аналізу математичних методів можна зробити висновок, що для задачі визначення рангу пожежі найбільш доцільно використовувати апарат теорії нечітких множин. Нечіткою множиною називається математична модель класу з нечіткими, або, інакше кажучи, розмитими межами. У цьому понятті враховується можливість поступового переходу від приналежності до неналежності елемента до множини. Елементи характеризуються різним ступенем приналежності μ до множини – між повною приналежністю «1» і повної неналежністю «0». Метою введення нечіткої множини частіше за все є формалізація нечітких понять і відносин природної мови. Застосування математичного апарату теорії нечітких множин при визначенні рангу пожежі забезпечує хорошу точність рішення задачі, так як враховується розпливчастість меж між суміжними рангами пожежі (одне і те ж значення параметру може відповідати суміжних рангам пожежі з різним ступенем приналежності). Особливість задачі пошуку оптимального шляху пожежного розрахунку полягає в тому, що найкраще рішення визначається за критерієм мінімуму часу. При виборі методу розв'язання даної задачі критерієм є точність рішення і швидкість виконання алгоритму, так як визначення маршруту виконується у критичній ситуації і від правильності рішення залежить кількість жертв і розмір збитку від пожежі. Для визначення оптимального шляху використовуються методи повного перебору, алгоритм Дейкстри, алгоритм Флойда-Уоршалла, еволюційні методи. Задача визначення оптимального шляху належить до, так званих, «NP-повних» (недетерміністскі поліноміальних). Для NP-повних задач не відомо кращого методу рішення, ніж повний перебір всіх можливих варіантів. Але такий повний пошук практично нездійсненний для великої кількості даних. На практиці використовуються евристичні методи, що замінюють вичерпний пошук наближеним, що дозволяє отримати швидке рішення при помірному програші у результаті. На основі аналізу розглянутих методів визначення оптимального шляху можна зробити висновок, що для задачі визначення маршруту слідування пожежної техніки та особового складу доцільно застосовувати еволюційні методи. РОЗРОБКА СИСТЕМИ ПІДТРИМКИ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ ПРИ ЛІКВІДАЦІЇ ПОЖЕЖІ В ЖИТЛОВИХ ТА АДМІНІСТРАТИВНИХ БУДІВЛЯХВажливим етапом при реагуванні на повідомлення про пожежу є правильне визначення рангу пожежі, що дозволяє встановити необхідні сили та засоби для ліквідації горіння.Ранг пожежі – умовна ознака складності пожежі, що визначає в розкладі виїзду необхідний склад сил і засобів гарнізону, залучених до гасіння пожежі. Кількість рангів пожежі та техніка, що висилається по кожному рангу, встановлюються начальником гарнізону служби в розкладі виїздів типової техніки відповідно до наявних засобів і характеристик об'єктів, розташованих на території гарнізону. При повідомленні про пожежу диспетчер реєструє виклик в Журналі пункту зв'язку. Повідомлення про пожежу з короткою інформацією про об'єкт пожежі передається у відповідну частину. Диспетчер визначає ранг пожежі і відповідний йому склад і кількість необхідних сил і засобів, формує путівку на виїзд техніки. Сили і засоби на пожежу висилаються чітко за розкладом виїздів типової техніки за номерами викликів (рангами). Путівка на виїзд техніки і додаткові відомості про пожежу передаються начальнику варти. Здійснюється виїзд на місце пожежі, постійно підтримується радіозв'язок з диспетчерським центром. Прибувши на об'єкт, керівник гасіння пожежі підтверджує або спростовує встановлений ранг пожежі, при необхідності залучаються додаткові сили та засоби. При визначенні рангу пожежі враховується безліч факторів, що характеризують ситуацію на палаючому об'єкті, тобто ранг пожежі залежить від багатьох параметрів Q:
де Qi – параметр, що впливає на визначення рангу пожежі; m – кількість параметрів, які впливають на визначення рангу пожежі. Тоді кількість і склад застосовуваних при гасінні пожежі сил і засобів є функцією від рангу:
де S – вектор з наступною структурою:
в якому Sti – певний вид пожежної техніки, засобів гасіння; Ki – кількість пожежної техніки; n – кількість видів технічних засобів. Для визначення рангу пожежі у житлових та адміністративних спорудах пропонується використовувати апарат теорії нечітких множин. Даний підхід забезпечує хорошу точність рішення задачі, тому що враховується розпливчастість меж між суміжними рангами пожежі (одне і те ж значення параметру може відповідати суміжних рангам пожежі з різними ступенями приналежності). При реагуванні на повідомлення про пожежу необхідне визначення оптимального маршруту слідування до місця пожежі, який забезпечить мінімальний час прибуття, тому що при ліквідації пожеж саме час є вирішальним чинником, що впливає на масштаби наслідків. Маршрут проходження пожежного розрахунку – це послідовність вулиць і провулків між визначеною пожежною частиною та об'єктом пожежі. Тоді пропонується представити маршрут у вигляді набору перехресть, які повинен проїхати пожежний розрахунок, тобто у вигляді вектору X = (p0, p1, p2, ..., pn), де p0 – початкове перехрестя (розташування пожежного розрахунку); pn – кінцеве перехрестя (розташування об'єкта пожежі); pi – перехрестя дороги, (i ∈ 1, n); n – кількість перехресть на шляху. Обґрунтування вибору маршруту виїзду пожежного автомобіля здійснюється виходячи з критерію мінімізації часу прибуття особового складу та пожежно-технічного озброєння на місце пожежі. При цьому на час проїзду впливає низка факторів: довжина шляху, кількість перехресть, завантаженість доріг. Отже, необхідно знайти маршрут X, час руху яким буде мінімальним. Модель представлення транспортних магістралей міста пропонується побудувати на базі застосування методів теорії графів. Інформація про транспортні магістралі міста розподілена наступним чином: перехрестя вулиць – вершини графа, а самі вулиці і провулки – його ребра. Для визначення оптимального маршруту пожежної техніки та особового складу пропонується використовувати еволюційні обчислення, вони дають хорошу точність і час виконання. Для застосування еволюційного алгоритму до даної задачі необхідно визначити: - Структуру хромосоми; - Процедуру генерації вибіркової сукупності; - Оператор селекції; - Оператор кросинговеру; - Оператор мутації; - Стратегію відбору. Хромосома – це маршрут прямування пожежного розрахунку від пожежної частини до місця пожежі. Фитнесс-функцією (fitness-function) є час руху маршрутом. Оператор селекції здійснюється на основі «колеса рулетки», при цьому більшу ймовірність участі у рекомбінаціях мають хромосоми з меншим значенням fitness-function. Для пари вибраних хромосом з імовірністю Vc (для даної задачі Vc обирається в межах [0,5 .. 0,8]) здійснюється кросинговер (створення нащадків). На рисунку 1 зображено графічне представлення оператора кросинговеру.
Для отриманого нащадка з імовірністю Vm (для даної задачі Vm обирається в межах [0,001 .. 0,01]) необхідно виконати оператор мутації, що дозволяє уникнути попадання у локальний оптимум. Розширюється популяція за рахунок додавання нових, щойно сформованих хромосом. Для скорочення популяції до початкового розміру пропонується використовувати елітний відбір. При цьому елітні хромосоми складають 10% від вибіркової сукупності. Процес закінчується при виконанні однієї з умов:
Експертом у системі є фахівці, висококваліфіковані, досвідчені керівники гасінням пожеж. Користувачем є особа, яка приймає рішення про направлення техніки при ліквідації пожежі, диспетчер. Блок генерації рішень – модуль пояснень, яким чином система отримала рішення, видає рекомендації про необхідний складі і кількість сил і засобів для гасіння пожежі та маршрут слідування. Блок побудови моделей. Програма, що реалізовує послідовність дій для вирішення завдання на основі інформації з бази даних і бази знань. Для побудови програми визначення рангу пожежі пропонується використовувати математичний апарат теорії нечітких множин, для визначення оптимального маршруту проходження пожежної техніки – еволюційні обчислення. Підсистема зберігання інформації (інформаційне забезпечення) складається з: бази знань (призначена для зберігання довгострокових відомостей, що використовуються при побудові математичних моделей) і бази даних (в ній зберігається оперативна інформація, вихідні та поточні значення). ВИСНОВКИЗастосування автоматизованих систем для управління підрозділами пожежної охорони, силами і технічними засобами дозволить скоротити вплив суб'єктивного фактору при виробленні управлінських рішень, підвищить ефективність управління бойовими діями, допоможе розробити науково-обґрунтовані рішення і підвищити якість управління силами та засобами на пожежі. Швидке прийняття правильних рішень дозволить значно скоротити економічні витрати на ліквідацію пожежі, матеріальні збитки від пожежі і знизити кількість жертв.У магістерській роботі розглянута актуальна задача управління пожежними підрозділами при ліквідації пожеж. Для отримання уявлення про сучасний стан проблеми виконаний науковий пошук, проаналізовано існуючі програмні засоби для керування пожежними підрозділами, розглянуті різні методи для визначення рангу пожежі в житлових і адміністративних будівлях, а також методи визначення оптимального маршруту слідування. На основі аналізу математичних методів, зроблено висновок, що для задачі визначення рангу пожежі найбільш доцільно використовувати апарат нечітких множин. Для визначення оптимального маршруту проходження пожежної техніки та особового складу пропонується використовувати еволюційні обчислення. ЛІТЕРАТУРА
При написанні даного автореферату магістерська робота ще не завершена. Дата остаточного завершення роботи: грудень 2010 р. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його наукового керівника після вказаної дати. © ДонНТУ 2010, Казакова Ю. С. |
||||||||||||||
|
ДонНТУ > Портал магістрів ДонНТУ > Про автора |
||||||||||||||
