Проектирование систем пожарного мониторинга в условиях неопределенности
В статье рассматривается задача оптимизации структуры системы пожарного мониторинга. Пока- зано, что существующие схемы размещения датчиков пожарной сигнализации зачастую являются неэффективными, и предложен метод проектирования их структуры исходя из последствий возможного пожара. В качестве инст...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Штучний інтелект |
|---|---|
| Datum: | 2010 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України
2010
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56561 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Проектирование систем пожарного мониторинга в условиях неопределенности / А.Н. Землянский, Н.П. Каверина, В.Е. Снитюк // Штучний інтелект. — 2010. — № 3. — С. 483-488. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-56561 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Землянский, А.Н. Каверина, Н.П. Снитюк, В.Е. 2014-02-19T21:22:47Z 2014-02-19T21:22:47Z 2010 Проектирование систем пожарного мониторинга в условиях неопределенности / А.Н. Землянский, Н.П. Каверина, В.Е. Снитюк // Штучний інтелект. — 2010. — № 3. — С. 483-488. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1561-5359 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56561 004.89 В статье рассматривается задача оптимизации структуры системы пожарного мониторинга. Пока- зано, что существующие схемы размещения датчиков пожарной сигнализации зачастую являются неэффективными, и предложен метод проектирования их структуры исходя из последствий возможного пожара. В качестве инструментария проектирования определены компоненты Soft Computing. У статті розглядається задача оптимізації структури системи пожежного моніторингу. Показано, що існуючі схеми розміщення датчиків пожежної сигналізації часто є неефективними і запропоновано метод проектування їх структури, виходячи із наслідків можливої пожежі. Як інструментарій проектування визначено компоненти Soft Computing. In the paper the structure optimization problem of fire monitoring system is considered. It is shown that existing schemes of gauges placing of fire alarm system frequently are inefficient and designing method of their structure, proceeding from possible fire consequences is offered. As designing toolkit components Soft Computing are defined. ru Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України Штучний інтелект Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений Проектирование систем пожарного мониторинга в условиях неопределенности Проектування систем пожежного моніторингу в умовах невизначеності Designing of Fire Monitoring Systems in Uncertainty Conditions Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Проектирование систем пожарного мониторинга в условиях неопределенности |
| spellingShingle |
Проектирование систем пожарного мониторинга в условиях неопределенности Землянский, А.Н. Каверина, Н.П. Снитюк, В.Е. Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений |
| title_short |
Проектирование систем пожарного мониторинга в условиях неопределенности |
| title_full |
Проектирование систем пожарного мониторинга в условиях неопределенности |
| title_fullStr |
Проектирование систем пожарного мониторинга в условиях неопределенности |
| title_full_unstemmed |
Проектирование систем пожарного мониторинга в условиях неопределенности |
| title_sort |
проектирование систем пожарного мониторинга в условиях неопределенности |
| author |
Землянский, А.Н. Каверина, Н.П. Снитюк, В.Е. |
| author_facet |
Землянский, А.Н. Каверина, Н.П. Снитюк, В.Е. |
| topic |
Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений |
| topic_facet |
Интеллектуальные системы планирования, управления, моделирования и принятия решений |
| publishDate |
2010 |
| language |
Russian |
| container_title |
Штучний інтелект |
| publisher |
Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Проектування систем пожежного моніторингу в умовах невизначеності Designing of Fire Monitoring Systems in Uncertainty Conditions |
| description |
В статье рассматривается задача оптимизации структуры системы пожарного мониторинга. Пока- зано, что существующие схемы размещения датчиков пожарной сигнализации зачастую являются неэффективными, и предложен метод проектирования их структуры исходя из последствий возможного пожара. В качестве инструментария проектирования определены компоненты Soft Computing.
У статті розглядається задача оптимізації структури системи пожежного моніторингу. Показано, що існуючі схеми розміщення датчиків пожежної сигналізації часто є неефективними і запропоновано метод проектування їх структури, виходячи із наслідків можливої пожежі. Як інструментарій проектування визначено компоненти Soft Computing.
In the paper the structure optimization problem of fire monitoring system is considered. It is shown that existing schemes of gauges placing of fire alarm system frequently are inefficient and designing method of their structure, proceeding from possible fire consequences is offered. As designing toolkit components Soft Computing are defined.
|
| issn |
1561-5359 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56561 |
| citation_txt |
Проектирование систем пожарного мониторинга в условиях неопределенности / А.Н. Землянский, Н.П. Каверина, В.Е. Снитюк // Штучний інтелект. — 2010. — № 3. — С. 483-488. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT zemlânskiian proektirovaniesistempožarnogomonitoringavusloviâhneopredelennosti AT kaverinanp proektirovaniesistempožarnogomonitoringavusloviâhneopredelennosti AT snitûkve proektirovaniesistempožarnogomonitoringavusloviâhneopredelennosti AT zemlânskiian proektuvannâsistempožežnogomonítoringuvumovahneviznačeností AT kaverinanp proektuvannâsistempožežnogomonítoringuvumovahneviznačeností AT snitûkve proektuvannâsistempožežnogomonítoringuvumovahneviznačeností AT zemlânskiian designingoffiremonitoringsystemsinuncertaintyconditions AT kaverinanp designingoffiremonitoringsystemsinuncertaintyconditions AT snitûkve designingoffiremonitoringsystemsinuncertaintyconditions |
| first_indexed |
2025-11-25T22:42:21Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:42:21Z |
| _version_ |
1850569156316889088 |
| fulltext |
«Штучний інтелект» 3’2010 483
5-З
УДК 004.89
А.Н. Землянский1, Н.П. Каверина2, В.Е. Снитюк3
1Академия пожарной безопасности имени Героев Чернобыля, г. Черкассы, Украина
2Институт проблем математических машин и систем, г. Киев, Украина
3Черкасский государственный технологический университет, г. Черкассы, Украина
alnzeml@gmail.com, org@immsp.kiev.ua, snytyuk@gmail.com
Проектирование систем пожарного
мониторинга в условиях неопределенности
В статье рассматривается задача оптимизации структуры системы пожарного мониторинга. Пока-
зано, что существующие схемы размещения датчиков пожарной сигнализации зачастую являются
неэффективными, и предложен метод проектирования их структуры исходя из последствий возмож-
ного пожара. В качестве инструментария проектирования определены компоненты Soft Computing.
Введение
Ежегодно на Земле возникает около семи миллионов пожаров. Исходя из прогно-
зов, сделанных на основе пожарной статистики, в мире в течение следующего года мо-
жет погибнуть на пожарах около 225 тыс. человек, 2 миллиона 250 тыс. человек могут
получить увечья и 4,5 миллиона человек – тяжелые ожоговые травмы. Основными на-
правлениями обеспечения пожарной безопасности являются устранение условий воз-
никновения пожара и минимизация его последствий. Одним из способов решения таких
задач есть установка автоматических средств предупреждения о возникновении пожара.
В Украине средствами пожарной автоматики оборудовано 89,1% объектов. Ад-
ресными установками сигнализации оборудовано около 78% объектов. Техническое об-
служивание проводится на 72,6% объектов. 17,2% установок выработали свой ресурс и
подлежат замене. На 11,8% объектов установки пожарной сигнализации подлежат за-
мене. В 39,1% случаев пожарная автоматика не сработала, что привело к значительным
материальным потерям. Таким образом, существует устойчивая тенденция к росту ко-
личества пожаров и аварий, уровню их последствий. Одной из причин этого является
низкая эффективность систем пожарной автоматики и, в частности, систем пожарной
сигнализации.
Данные статистики отчетливо свидетельствуют о состоянии и динамике систем
пожарного мониторинга в Украине. Так, в частности, в 2007 году произошло 278 пожа-
ров на объектах, оборудованных пожарной автоматикой, убытки от которых составили
76,7 млн грн. Было спасено материальных ценностей на сумму 520,1 млн грн., что почти
в 4,5 раза больше, чем в предыдущем году. В 47 случаях (17 %) пожарная автоматика не
сработала. Наибольшее количество таких случаев произошло в Донецкой области, где
несрабатывание систем составило 53% , в г. Киеве – 50% и в Николаевской области –
42 %. На сегодняшний день в стране системами автоматической пожарной защиты обо-
рудовано 347 тыс. объектов, что составляет 89% от необходимого количества. Очень
малую их часть составляют адресные установки пожарной сигнализации. Не работает
11,4% систем пожарной автоматики. Техническое обслуживание проходят только 72%
систем.
Землянский А.Н., Каверина Н.П., Снитюк В.Е.
«Искусственный интеллект» 3’2010 484
5-З
Существующая тенденция роста количества больших пожаров, аварий и их нега-
тивных последствий не в последнюю очередь обусловлена низкой эффективностью сис-
тем пожарной автоматики и, в частности, систем выявления пожаров – систем пожар-
ной сигнализации. Заметим, что по уровню технических решений в этой отрасли
Украина на один-два порядка отстает от развитых стран мира. В частности, за границей
основные разработки ведутся Управлением по исследованиям в отрасли строительства
(BRE, Великобритания), Лабораторией строительства и исследования пожаров (BERL,
США), Институтом пожарных исследований (FRI, Япония), ВНИИПО МЧС России и
другими. В Украине над подобной тематикой работают УкрНИИПБ МЧС Украины,
НВО «Меридиан», НВФ «Артон», НВПФ «Тирас», НВПФ «Гамма». Проведенный ана-
лиз показывает, что их исследования касаются только одного элемента системы пожар-
ного мониторинга – пожарного сигнализатора. И сейчас остается нерешенной проблема
правильного выбора его типа. Кроме того, размещение сигнализации, прокладка линий
связи, установка приемных устройств требует четкого, правильного выбора системы по-
жарного мониторинга для того или иного объекта, а невыполнение их требований ведет
к увеличению ложных срабатываний, к увеличению времени выявления пожара.
Целью данной работы является разработка принципов, постановка задачи и оп-
ределение элементов технологии оптимизации структуры системы пожарного монито-
ринга исходя из вероятного материального ущерба и экспертных заключений.
Принципы и задачи размещения датчиков пожарной
сигнализации в условиях неопределенности
Учитывая современное состояние, особенности, преимущества и недостатки функ-
ционирующих систем пожарного мониторинга и отдельных датчиков, оптимизацию
структуры системы пожарного мониторинга необходимо выполнять, базируясь на двух
положениях:
1. Учитывая значительную стоимость элементной базы и установки систем пожар-
ного мониторинга, при выборе датчиков, структуры их размещения и установки исхо-
дить из необходимости построения и использования некоторого подобия области ком-
промисса между стоимостью системы и объемом возможного ущерба в случае пожара и
несвоевременного его выявления [1].
2. При выборе структуры размещения датчиков ориентироваться на их временные
и эксплуатационные параметры, а также экспертные заключения, содержащие инте-
гральный «опыт» эксплуатации подобных систем с возможностью учета особенностей
окружающей среды [2].
Решение задачи определения оптимальной структуры размещения пожарных дат-
чиков сопровождается соблюдением некоторых принципов. В частности, при проекти-
ровании системы пожарного мониторинга необходимо предусматривать учет возмож-
ных человеческих жертв, величину материального ущерба, возможные последствия
техногенных и экологических катастроф. Прогнозирование возможных будущих форс-
мажорных обстоятельств и анализ статистической информации, содержащей данные о
пожарах, параметрах срабатывания системы пожарного мониторинга, жертвах и мате-
риальном ущербе, проведенные в комплексе, являются необходимым условием опреде-
ления мощности и структуры устанавливаемой системы пожарного мониторинга. Еще
одним аспектом всестороннего анализа является определение материального ущерба от
ложного срабатывания датчиков.
Проектирование систем пожарного мониторинга в условиях неопределенности
«Штучний інтелект» 3’2010 485
5-З
Устанавливая систему пожарного мониторинга, придерживаются двух основных
положений. Во-первых, датчики размещают согласно прямоугольной или треугольной
схемам (рис. 1, рис. 2), и, во-вторых, расстояние между датчиками и их местоположение
определяются паспортными характеристиками. Как правило, датчики размещаются на
потолке, и очевидно, что от величины пожара зависит и время срабатывания датчика.
Тогда при установке датчиков необходимо учитывать и пожарную нагруженность по-
мещения, под которой мы понимаем тип и состояние стен, пола, их покрытия, высоту
потолков, состав и количество материалов, которые находятся в помещении и т.п.
Таким образом, имеем задачу идентификации зависимостей:
1
2
( , ),
( , ),
in
in
K F X S
L F X S
=
=
(1)
где K – количество датчиков в помещении;
inX – вышеперечисленные внутренние факторы;
S – размер ущерба от несрабатывания или несвоевременного срабатывания датчика;
L – форма размещения датчиков.
Рисунок 1 – Схема прямоугольного размещения датчиков
(а – расстояние между датчиками; б – расстояние от стенки к датчику)
Рисунок 2 – Схема треугольного размещения датчиков
Землянский А.Н., Каверина Н.П., Снитюк В.Е.
«Искусственный интеллект» 3’2010 486
5-З
Предположим, что уровень резервирования P , в свою очередь, является функцией
количества и формы размещения датчиков, т.е.
( , ).P G K L= (2)
Тогда необходимо решать задачу максимизации уровня резервирования при мини-
мизации количества датчиков и упрощении схемы их размещения. Не в последнюю оче-
редь здесь обращаем внимание на стоимостный критерий Z . Имеет место еще одна задача:
min, max.Z P→ → (3)
Ее решение заканчивается построением области компромисса [3-6], исходя из кото-
рой можно определить приемлемый вариант по количеству и форме размещения датчиков.
Решение задач (1) – (3), в частности определение дублирующих паспортные
значения вероятностных характеристик датчика, рационально осуществлять, исходя
из нечетких экспертных заключений. Важно учитывать особенности использования
таких датчиков с учетом уровня их размещения над полом, а также определять при-
емлемое количество датчиков и схему их размещения в зависимости от предпола-
гаемых последствий пожара и вероятности его возникновения.
Оптимизация структуры системы пожарного
мониторинга с использованием нечеткой логики
Рассмотрим один из подходов к оптимизации размещения датчиков пожарной
сигнализации. Известны многочисленные исследования, результатом которых явля-
ются рекомендации по количеству датчиков того или иного типа, которые могут быть
использованы в определенных помещениях, на самолетах, подводных лодках и т.п.
В их основе лежат определение вероятностей:
– срабатывания датчика, если имеет место пожар;
– несрабатывания датчика, если пожара нет;
– срабатывания датчика, если пожара нет;
– несрабатывания датчика, если пожар есть.
Исходя из значений указанных вероятностей осуществляется установка дополни-
тельных датчиков и таким образом осуществляется резервирование и повышается на-
дежность правильного срабатывания пожарной сигнализации. Заметим, что такая прак-
тика имеет место на высокотехнологичных объектах, уже перечисленных кораблях,
самолетах, атомных электростанциях. Вместе с тем остается немало предприятий, объ-
ектов жилого сектора, где сигнализация устанавливается исходя из схем (рис. 1 и
рис. 2). При этом учитывается высота размещения датчиков (как правило, она имеет ин-
тервальное представление) и, как следствие, площадь зоны, контролируемой датчиком.
Значительная часть помещения остается неконтролируемой или датчики срабатывают,
когда пожар достигает своей максимальной точки.
Таким образом, учитывая особенности и недостатки размещения датчиков пожар-
ной сигнализации, предлагаются элементы, являющиеся составными частями техноло-
гии оптимизации структуры системы пожарного мониторинга:
– при установке датчиков пожарной сигнализации ориентироваться на возможные
человеческие жертвы ( 1X ), величину материального ущерба ( 2X ), а также возможные
последствия техногенных и экологических катастроф ( 3X ), вызванные несрабатывани-
ем датчиков. Необходимо также учитывать убытки от их ложного срабатывания ( 4X );
Проектирование систем пожарного мониторинга в условиях неопределенности
«Штучний інтелект» 3’2010 487
5-З
– для решения задачи оптимизации структуры системы пожарной сигнализации
необходимо разработать метод определения коэффициента, указывающего на величину
опасности пожара на объекте, 1 2 3 4( , , , );k F X X X X=
– при превышении значения коэффициента k некоторой величины 0C > разра-
ботать технологию, позволяющую определить количество и структуру размещения дат-
чиков пожарной сигнализации. Очевидно, что в таком случае количество датчиков бу-
дет большим, чем рассмотрено на рис. 1 и рис. 2;
– при разработке структуры размещения датчиков базироваться на их технических
характеристиках; результатах стендовых испытаний; особенностях помещений, где бу-
дут установлены датчики; экспертных заключениях;
– определение величин 1 2 3, ,X X X должно базироваться на определенной методи-
ке и очевидно, что для каждого объекта и каждого эксперта они будут различны. По-
скольку ложное срабатывание датчика приводит к определенным материальным затра-
там, то осуществлять определение величины 4X необходимо с учетом паспортной вели-
чины вероятности ложного срабатывания и потенциального ущерба от его срабатыва-
ния на объекте.
Вычисление коэффициента опасности пожара позволит минимизировать потен-
циальные риски его возникновения и будет определяющим информационным фак-
тором при размещении датчиков.
Таким образом, для определения оптимальной структуры размещения датчиков
пожарной сигнализации необходимо решить следующие задачи:
1. Осуществить идентификацию зависимости 1 2 3 4( , , , ),k F X X X X= исходя из
экспертных заключений и системы нечетких продукционных правил:
1 1 2 2 3 3 4 4, , , , , 1, ,i i i i i i i i iЕсли X A и X A и X A и X A то k A i n∈ ∈ ∈ ∈ ∈ = (4)
где i
jA – нечеткие множества со своими функциями принадлежности, n – количество
экспертов.
2. Идентифицировать вероятность срабатывания датчика в зависимости от рас-
стояния до очага возгорания и температуры горения:
1 2 , , 1, ,i i i i iЕсли d B и T B то p P i n∈ ∈ ∈ = (5)
где id – расстояние от очага возгорания до датчика, 1
iB – соответствующее нечеткое мно-
жество, iT – температура пламени, p – вероятность правильного срабатывания датчика.
3. Исходя из решений задач 1 и 2, определить оптимальную структуру разме-
щения датчиков, используя нечеткие продукционные правила:
, , , , 1, , 1, ,i i i i i
j j j j jЕсли S C и p B и k A тоQ R i n j m∈ ∈ ∈ ∈ = = (6)
где i
jS – j -й вариант структуры, предложенный i -м экспертом, i
jC – соответствующее
нечеткое множество, Q – интегральный показатель, указывающий на оптимальность
размещения датчиков, i
jR – соответствующее нечеткое множество. Решение последней
задачи и укажет на вариант структуры, являющийся оптимальным.
Необходимо заметить, что в приведенных задачах присутствует значительное ко-
личество нечетких продукционных правил, содержащих функции принадлежности, пред-
ложенные экспертами. Очевидно, что такие правила нередко имеют противоречивый
характер. Их объективизация заключается в определении параметров функций принад-
Землянский А.Н., Каверина Н.П., Снитюк В.Е.
«Искусственный интеллект» 3’2010 488
5-З
лежности исходя из значений, содержащихся в обучающих выборках, и решении задачи
минимизации суммарной ошибки при равноправных заключениях или минимизации
взвешенной ошибки в противном случае.
Для решения такой задачи возможно использование аппарата теории нечетких
нейросетей или эволюционного моделирования. Последнее по ряду соображений пред-
ставляется предпочтительным, хотя эксперименты остаются еще впереди.
Выводы
При моделировании и определении оптимальной структуры систем пожарного
мониторинга в основу необходимо положить использование нечетких продукционных
правил как наиболее точно соответствующих структуре экспертных заключений о том
или ином размещении датчиков.
Рассмотренные в статье аспекты решения задачи оптимизации системы пожарно-
го мониторинга в условиях неопределенности вызваны низкой вероятностью срабаты-
вания датчиков пожарной сигнализации и соответствующими последствиями. Зависи-
мость размещения датчиков от факторов внешней среды и внутренних особенностей
объектов должна учитываться наряду с экспертными заключениями. Соответствующие
технологии оптимизации структуры датчиков пожаротушения необходимо базировать
на технологиях «мягких» вычислений, поскольку жестко заданные правила их разме-
щения оказываются достаточно часто неэффективными.
Литература
1. Снитюк В.Е. Эволюционные технологии принятия решений в пожаротушении / Снитюк В.Е., Бы-
ченко А.А., Джулай А.Н. – Черкассы : Маклаут, 2008. – 268 с.
2. Землянский А.Н. Принципы и задачи оптимизации размещения датчиков пожарной сигнализации в усло-
виях неопределенности / А.Н. Землянский, В.Е. Снитюк // Knowledge-Dialogue-Solution, Supplement to Int.
Journal «Information Technologies and Knowledge». – ITHEA, Sofia, 2009. Vol. 3, № 15. – P. 161-164.
3. Снитюк В.Е. Прогнозирование. Модели, методы, алгоритмы / Снитюк В.Е. – Киев : Маклаут, 2008. – 364 с.
4. Snytyuk V. Evolutionary technique of shorter route determination of fire brigade following to fire place
with the optimized space of search / V. Snytyuk, O. Dghulay // Information Technologies and Knowledge. −
2007. − Vol. 1, № 4. − P. 325-332.
5. Снитюк В.Е. Эволюционное моделирование процесса распространения пожара / В.Е. Снитюк, А.А. Бы-
ченко // Proc. XIII-th Int. Conf. «Knowledge-dialogue-Solution», 2007 (June). Bulgaria, Varna. – P. 247-254.
6. Гнатиенко Г.Н. Экспертные технологии принятия решений / Г.Н. Гнатиенко, В.Е. Снитюк. – Киев :
Маклаут, 2008. – 444 с.
О.М. Землянський, Н.П. Каверіна, В.Є. Снитюк
Проектування систем пожежного моніторингу в умовах невизначеності
У статті розглядається задача оптимізації структури системи пожежного моніторингу. Показано, що
існуючі схеми розміщення датчиків пожежної сигналізації часто є неефективними і запропоновано
метод проектування їх структури, виходячи із наслідків можливої пожежі. Як інструментарій проек-
тування визначено компоненти Soft Computing.
O.M. Zemlyanskiy, N.P. Kaverina, V.E. Snytyuk
Designing of Fire Monitoring Systems in Uncertainty Conditions
In the paper the structure optimization problem of fire monitoring system is considered. It is shown that existing
schemes of gauges placing of fire alarm system frequently are inefficient and designing method of their structure,
proceeding from possible fire consequences is offered. As designing toolkit components Soft Computing are defined.
Статья поступила в редакцию 30.06.2010.
|